热图案传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种热图案传感器(100)，该热图案传感器包括多个像素(102)，每个像素包括至少一个热电电容，该热电电容由布置在下部电极(108)与上部电极(110)之间的热电材料材质的至少一个部分(106)形成，其中，上部电极和下部电极中的一个电极(108)对应于用于读取像素的电极，并且其中，加热元件由上部电极和下部电极中的另一个电极(110)形成，该加热元件能够在热图案测量期间由于焦耳效应而由所述像素的热电电容对所述像素的热电电容的热电材料材质的部分进行加热。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热图案传感器
本专利技术涉及一种热图案传感器，例如，指纹热检测传感器。
技术介绍
已知生产包括热检测装置的指纹传感器。所述热检测装置可对应于热电元件、二极管、热敏电阻或任何其它的温度敏感元件，该温度敏感元件使得能够将温度的变化转换为电势或电流的变化。如在文本US4394773、US4429413和US6289114中所描述的，可通过利用手指与传感器之间的温度差的所谓的“被动式”传感器来执行指纹检测。然而，这些传感器具有下述缺陷：这些传感器执行的测量唯独取决于手指与传感器之间的温度差。因此，可能发生当手指与传感器处于同一温度时所获得的信号的电平为零，或者可能发生采集到的图像的对比度变化，于是这在对图像进行后续处理的过程中会造成问题。为了消除由被动式热传感器引起的这些问题，尤其是在手指不移动的静态采集的情况下，提出了所谓的“主动式”指纹传感器，诸如例如在文本US6091837和EP2385486A1中描述的传感器。在这种传感器中，每个像素包括由两个导电电极形成的热电电容和加热元件，热电材料材质的部分被布置在这两个导电电极之间。在手指存在于传感器上的情况下，所述加热元件在像素中散发一定量的热量，并且在一定的采集时间(被称为累积时间)结束时对像素的加热被测量。这使得能够根据热量是被皮肤吸收(存在指纹的隆起部的像素)还是被保留在像素中(存在指纹的凹部的像素)而在每个像素处区分检测到的指纹的隆起部或凹部的存在。与存在凹部的像素相比，这导致在像素存在隆起部的情况下最终温度较低，该隆起部处的热量被皮肤吸收。首先，这种传感器使得能够测量与传感器接触的要素的热容(也称为比热或比热容)。获得的测量值还取决于传感器与要素的存在的部分(在指纹的情况下为隆起部或凹部)之间的热导率。为了形成主动式热传感器，所述传感器的像素被耦接至通常利用焦耳效应的加热元件，该加热元件散发来自被供应电流的电阻元件的热量。有利地，形成像素的技术叠组的层中的一个层被用于形成这些加热元件。例如，如果用于形成传感器的晶体管和互连件的传导层中的一个传导层包括具有合适的电阻率的传导材料并且能够满足对这一个传导层施加已经可利用的电压中的一个电压，例如传感器的供电电压，则可以使用所述传导层中的一个层来通过焦耳效应产生热量。当传感器包括形成在玻璃衬底上的TFT(薄膜晶体管)类型的晶体管时，尤其使用所述层中的一个层。这种传感器的像素被布置成形成具有多行与多列的矩阵。通常逐行地执行对像素的读取。于是也可凭借在每行的开头处的晶体管来逐行地控制加热元件，从而不必在像素中添加控制晶体管。每行加热元件例如在像素矩阵的一侧被连接至地，在另一侧被连接至控制晶体管，该控制晶体管被连接至合适的电源，以这种方式来控制流过加热元件的电流，并因此控制由于焦耳效应而由所述加热元件注入到像素中的热功率。在文本EP2385486A1中，加热元件由也用于形成像素的热电电容的上部电极和下部电极的金属层形成。这些加热元件例如是以部分地包围像素中的每个上部电极或每个下部电极的导电线圈的形式制成的。因此，使用单一一种金属来形成实现不同功能的不同元件(加热元件和热电电容的上部电极或下部电极)。图1示意性地示出了这种构造，在该构造中，同一金属层(这里为上部金属层)用于形成上部电极10和导电线圈12，该导电线圈部分地包围上部电极10并且使得能够从侧向对形成在上部电极10的这一层的热电电容进行加热。然而，使用同一金属层形成上部电极或下部电极以及形成加热元件具有最终在像素的热电电容近旁布置加热元件的缺陷。这些加热元件因此产生对热电电容的侧向加热。然而，这种侧向加热不是最佳的，尤其是当所述像素采用了不是良好的热导体的热电材料时。可以使用布置在像素的上方或下方的附加金属层来形成加热元件，该附加金属层不同于那些用于形成热电电容的上部电极或下部电极的金属层。然而，这具有使加热元件更加远离热电电容的缺陷。另外，与使用同一金属层来形成热电电容的上部电极或下部电极以及形成加热元件的前述方案相比，添加这种金属层代表着额外的成本。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提出一种主动式热图案传感器，即该主动式热图案传感器包括用于加热传感器的像素的元件，而不具有现有技术中的主动式传感器的缺陷。为此，本专利技术提出了一种热图案传感器，该热图案传感器包括多个像素，每个像素包括至少一个热电电容，该热电电容由布置在下部电极与上部电极之间的热电材料材质的至少一个部分形成，其中，上部电极和下部电极中的一个对应于用于读取像素的电极，并且其中加热元件由上部电极和下部电极中的另一个形成，该加热元件能够在热图案测量期间由于焦耳效应而由所述像素的热电电容对所述像素的热电电容的热电材料材质的部分进行加热。因此，提出了直接使用像素的热电电容的上部电极和下部电极中的一个来形成用于加热热电材料材质的部分的加热元件。因此，加热元件尽可能靠近待加热的热电材料，与现有技术的构造相比，这大大增加了由加热元件传递给热电材料的热量，其中，加热元件由与用于形成上部电极和下部电极中的一个电极相同的导电层形成，但是该加热元件被布置在热电电容的旁边。与在附加的金属层中而不是在用于形成热电电容的电极的金属层中形成的加热元件相比，该增加也体现在热容中。本专利技术以非显而易见的方式提出直接使用像素的热电电容的电极中的一个电极来形成所述像素的加热元件，这实质上是将像素的加热电阻还用于对像素的热电电容进行偏压。由于下述事实这是可行的：对同时形成像素的热电电容的电极中的一个电极和加热元件的导电元件施加的固定不变的加热电压也可以被用于偏置热电电容。与现有技术的传感器相比，这种传感器还具有简化了生产电极的设计的优势，其中，加热元件和上部电极由相同的导电层制成但是形成不同的元件。对形成加热元件的电极施加的加热电压例如是这样的：在该电极的两个端部或两个端子之间得到非零的电势差，从而引起加热电流流转通过所述电极。所述电流足够的大，以便所得到的焦耳效应使得能够执行对热图案的测量。这不是当对整个导电元件施加固定不变的电势时的情况，因为在这种情况下，在所述导电元件的端子处得不到电势差，并因此不能实现使能够加热所述导电元件的电流进行流转。所述上部电极和下部电极中的另一个可以包括在其端子处施加了加热电压的端部，在这些端部之间产生非零的电势差。传感器可以包括用于施加该加热电压的装置。在热图案测量期间，这些电势的值在整个测量过程中可以是大致固定不变的。表述“可以在热图案测量期间由于焦耳效应而由所述像素的热电电容对所述像素的热电电容的热电材料材质的部分进行加热”表示：得到的焦耳效应足够大以使得在一定的测量时间(累积时间)结束时获得的测量值(即热电电容中的电荷变化，对应于测量到的温度差)较大以能够检测热图案。因此，不期望的电流泄露无法获得较大的电荷变化以检测热图案。得到的焦耳效应可使得可以获得与皮肤接触的像素和不与皮肤接触的像素之间的热电材料的至少0.5K(例如约1K)的温度变化。对这种温度变化的值的选择尤其取决于热电材料的灵敏度、像素的大小以及读取电路的噪声。表述“热图案”表示可由传感器检测到的目标的热特性的空间分布，例如指纹的图案。传感器能够通过传感器与要素之间的直接接触(而不通过所述要素的辐射，如传感器在一定距离处测量温度的情况本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.热图案传感器(100)，包括多个像素(102)，每个像素(102)包括至少一个热电电容，所述热电电容由布置在下部电极(108)与上部电极(110)之间的热电材料材质的至少一个部分(106)形成，其中，所述上部电极和所述下部电极中的一个电极(108)对应于用于读取所述像素(102)的电极，并且其中，加热元件由所述上部电极和所述下部电极中的另一个电极(110)形成，所述加热元件能够在热图案测量期间由于焦耳效应而由所述像素(102)的热电电容对所述像素(102)的热电电容的热电材料材质的部分(106)进行加热。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.30 FR 15615791.热图案传感器(100)，包括多个像素(102)，每个像素(102)包括至少一个热电电容，所述热电电容由布置在下部电极(108)与上部电极(110)之间的热电材料材质的至少一个部分(106)形成，其中，所述上部电极和所述下部电极中的一个电极(108)对应于用于读取所述像素(102)的电极，并且其中，加热元件由所述上部电极和所述下部电极中的另一个电极(110)形成，所述加热元件能够在热图案测量期间由于焦耳效应而由所述像素(102)的热电电容对所述像素(102)的热电电容的热电材料材质的部分(106)进行加热。2.根据权利要求1所述的传感器(100)，其中，所述热电材料包括PVDF和/或P(VDF-TrFE)和/或PZT。3.根据前述权利要求中的一项所述的传感器(100)，进一步包括衬底(104)，在所述衬底上布置所述像素(102)的热电电容，每个像素(102)的热电电容的下部电极(108)被布置在所述衬底(104)与所述像素(102)的热电电容的热电材料材质的部分(106)之间，并且其中，每个像素(102)的热电电容的上部电极(110)形成所述像素(102)的加热元件。4.根据前述权利要求中的一项所述的传感器(100)，其中，所述像素(102)的热电电容的与用于读取所述像素(102)的电极对应的电极(108)由导电材料材质的并且彼此电绝缘的第一区别部分形成。5.根据前述权利要求中的一项所述的传感器(100)，其中，所述像素(102)的热电电容的与所述加热元件对应的电极(110)被电连接在一起并且由至少一个设有两个端部(116，118)的导电材料材质的第二部分(111)形成，所述两个端部能够被施加所述像素(102)的热电电容的热电材料(106)的加热电压。6.根据权利要求1至4中的一项所述的传感器(100)，其中：-所述像素(102)被布置成形成具有多行和多列的像素(102)的矩阵；-每行像素(102)的热电电容的与所述加热元件对应的电极(110)被电连接在一起并且由导电材料材质的第二部分(111)形成，所述第二部分不同于其他行的像素(102)的导电材料材质的第二部分(111)；-每个导电材料材质的第二部分(111)包括两个端部(116，118)，所述两个端部能够被施加所述行的像素(102)的热电电容的热电材料(106)的加热电压。7.根据权利要求6所述的传感器(100)，其中，每个导电材料材质的第二部分(111)的两个端部中的一个端部(118)被电连接在一起。8.根据权利要求6或7中的一项所述的传感器(100)，其中，每个导电材料材质的第二部分(111)在由导电材料材质的所述第二部分(111)形成的每个电极(110)处包括：其电阻大于导电材料材质的所述第二部分(111)的其余部分(124)的电阻的部件(122)。9.根据权利要求5至8中的一项所述的传感器(100)，进一步包括用于将所述加热电压施加到一个或多个导电材料材质的第二部分(111)的端部(116，118)的装置，以使得在由所述像素(102)中的一个像...

【专利技术属性】
技术研发人员：珍弗朗索瓦·曼盖，约瑟普·塞古拉·普卡德斯，马尔格·维吉尔，
申请(专利权)人：法国伊第米亚身份与安全公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR