热电堆自测试和/或自校准制造技术

本文公开了一种用于测试和/或校准基于热电堆的设备的方法。该方法包括：将第一极性的电偏压施加到基于热电堆的设备并且测量电参数的第一值；以及将第二极性的电偏压施加到基于热电堆的设备并且测量电参数的第二值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热电堆自测试和/或自校准
本公开涉及基于热电堆的设备的测试和/或校准，具体地但不排他地，涉及基于热电堆的IR探测器的测试和/或校准。
技术介绍
已经证明，可以制造基于热电堆的IR检测器，特别是在硅技术中。例如，Schneeberger等人的“优化的CMOS红外检测器微系统”，ProcIEEETencon1995，报道了基于热电堆的CMOSIR检测器的制造。热电堆包括串联连接的多个热电偶。KOH(氢氧化钾)被用于蚀刻薄膜并改善热绝缘。每个热电偶包括2个不同材料的条带，这些条带电连接并在一端形成热结点(称为热结点)，而材料的另一端串联地电连接到其它热电偶，形成热冷结点。热电偶的热接点在膜上，而冷接点在膜的外部。在该论文中给出了具有不同材料成分的热电偶的三种不同设计：铝和p掺杂的多晶硅、铝和n掺杂的多晶硅、或p掺杂的多晶硅和n掺杂的多晶硅。入射IR辐射引起膜的温度的轻微增加。塞贝克效应引起每个热电偶上的轻微电压差，导致热电堆上的电压差的极大增加，该电压差是每个热电偶上的电压之和。以前，Nieveld的“使用硅平面技术制造的热电堆”、传感器和致动器3(1982/83)179-183，示出了在基于铝和单晶硅P+作为热电偶材料的微芯片上制造热电堆。这种热电堆是一种一般的热电堆设备，其不是用于IR检测，并且该设备的热电堆不在膜上。Allison等人的“具有高灵敏度的块状微加工硅热电堆”，传感器和致动器A104200332-39，涉及基于单晶硅P掺杂和N掺杂材料的热电堆。然而，这些是通过P型晶片和N型晶片的晶片键合形成的，并且也没有专门用作IR检测器。该制造方法也非常昂贵。Lahiji等人的“批量制造的硅热电堆红外探测器”、“电子设备上的IEEE交易”，1992，描述了两种热电堆IR探测器，一种基于铋-锑热电偶，另一种基于多晶硅和金热电偶。US7785002描述了一种IR探测器，其具有基于P和N掺杂多晶硅的热电堆。Langgenhager的“基于CMOS技术的热电红外传感器”，IEEEEDL1992，描述了IR检测器，其由在包括铝和多晶硅的悬浮结构上的热电堆组成。Graf等人的“用于红外检测的微加工热电堆的回顾”，Meas.Sci.Technol.2007，描述了几种其它的热电堆器件。需要测试红外设备，以检查灵敏度是否落入设备规格内。这可以在应用中用于设备以自测试或自校准。测试也可以在生产期间在晶片级或在封装级。众所周知，通过将红外设备暴露于已知量的IR辐射并测量设备的响应来测试该设备。然而，在生产期间使用该方法进行测试的设置和测量是昂贵的。这是由于将每个设备移动到测试插座以便IR暴露所需的处理时间增加。另外，在应用中，可能无法将设备暴露于已知的辐射源。例如，在NDIR(非色散红外)设备中，IR发射器耦合到IR检测器，并且在存在目标气体的情况下减少到达检测器的IR辐射。如果使用IR发射器进行自测试/自校准，则存在的任何气体将减少到达检测器的IR辐射的量，并且因此不允许适当的测试/校准。自测试热电堆也是已知的。通常，这包括与热电堆在相同的膜结构上(或热连接到热电堆)的加热器。加热器被加热，并且热电堆上的信号被用于自测试或自校准设备。B.Charlot等人的“用于MEMS自测的电感应刺激的产生”，电子测试杂志，第17卷，第6期，459-470页，以及US6294787和US2008/0317087使用了这种方法。B.Charlot等人的“可自测试的基于CMOS热电堆的红外成像仪”，SPIE的论文集，第4408卷，第96-103页，和A.Oliver,K.Wise的“1024个元件的块状微加工热电堆红外成像阵列”，传感器和致动器，第73卷，第222-231页，1999，使用该方法来自测试热电堆阵列中的像素，其中每个热电堆像素具有其自己的加热器。T.Barry等人的“用于低温测量的自校准红外温度计”，仪器和测量的IEEE交易，第60卷，第6号，第2047-2052页，2011年六月，和US6239351使用类似的方法，但是用于更大的(非MEMS)设备。F.Mancarella等人的“热电堆IR检测器的晶片级测试”，IEEE传感器2005的论文集，第1133-1136，使用了相同的方法以用于设备的晶片级测试和校准。US4571689测试单个热电偶。在该方法中，第一热电偶在第二热电偶中引起加热，并且这被测量以测试第二热电偶。嵌入附加加热器意味着在膜上有附加的路径，这降低了热密封的热隔离，并因此降低了其灵敏度。此外，为了为加热器腾出空间，必须以次优的方式设计热电堆。如上所述，用于自测试或自校准的常规方法是在与热电堆相同的膜中具有加热器。加热器用于加热膜，并且热电堆上产生的结果信号用于测试或校准该设备。总之，常规方法具有几个缺点：i)具有嵌入在膜中的加热器意味着在膜内嵌入有附加的路径，其用作热损失的路径。这降低了热电堆IR检测器的灵敏度。ii)膜内的加热器占据空间。这意味着热电堆从最佳热电堆设计进行了修改，以便为加热器留出空间。这种对最佳设计的修改可以导致较低的灵敏度。或者，如果为加热器设置额外的层，则这增加了设备成本，并且还增加了热损失，导致较低的灵敏度。iii)对于没有集成电路的热电堆IR检测器芯片，加热器还增加了所需的接合焊盘的数量。iv)对于应用设计者，该方法仅在所使用的热电堆已经具有嵌入其中的加热器时才起作用。如果正在使用不具有嵌入式加热器的热电堆，则除了通过切换到一些其它热电堆之外，没有办法进行自测试/自校准。到目前为止，所销售的大多数分立热电堆IR检测器没有嵌入的加热器。测试或校准也在生产期间、在晶片分类期间进行，以及作为最终测试而进行。在晶片分类期间，不可能控制传感器所暴露的IR辐射的量，因此仅可能的测试或校准方法是电的，使用嵌入在膜内的加热器。在最终测试期间，每个封装器件可以暴露于IR辐射以测试/校准设备。然而，该方法具有较长的测试时间，导致测试成本高。它还具有较高的安装成本。
技术实现思路
通过仅对热电堆本身使用电测试方法而不需要另外的加热器，本公开克服了所有上述缺点。一般而言，本公开涉及红外检测器。红外探测器通常基于以硅技术制造的热电堆。这些典型地包括嵌入在由半导体衬底支撑的介电膜内的多个热电偶。通常蚀刻在膜下面的衬底，这热隔离了膜。热电偶包括两种不同的材料，并具有热接点(在膜区域内)和冷接点(在膜区域之外)，热电偶串联连接在一起以形成热电堆。当IR辐射落在膜上时，其被吸收并略微增加膜温度。这导致每个热电偶两端的电压小，并且被加在一起以给出热电堆两端的电压。该电压值给出落在膜上的IR辐射量的指示。需要测试红外设备，以检查灵敏度是否落入设备规格内。期望的是，测试方法是仅关于热电堆本身(基于热电堆的设备的热电堆本身)的电测试方法，而不需要附加的加热器。如上所述，在该公开中，热电堆检测器的功能和灵敏度使用电学方法来测试，而不需要将其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测试和/或校准基于热电堆的设备的方法，该方法包括：/n施加第一极性的电偏压到所述基于热电堆的设备，并测量电参数的第一值；以及/n施加第二极性的电偏压到所述基于热电堆的设备，并测量电参数的第二值。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180316 US 15/923,6701.一种用于测试和/或校准基于热电堆的设备的方法，该方法包括：
施加第一极性的电偏压到所述基于热电堆的设备，并测量电参数的第一值；以及
施加第二极性的电偏压到所述基于热电堆的设备，并测量电参数的第二值。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一极性的所述电偏压和所述第二极性的所述电偏压被施加到至少一个热电堆。


3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，该方法还包括：
使用所述第一值和所述第二值来确定所述设备是否正确地运行。


4.根据权利要求1、2和3中任一项所述的方法，该方法还包括：
使用所述第一值和所述第二值来确定用于所述基于热电堆的设备的校准的第三值。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一极性和所述第二极性为相反的极性。


6.根据前述权利要求中任一所述的方法，该方法还包括：
确定所述第一值和所述第二值的所述大小；
计算所述第一值的所述大小和所述第二值的所述大小之间的绝对差的值。


7.根据权利要求6所述的方法，该方法还包括：
确定所述绝对差的所述值是否大于预定阈值。


8.根据权利要求6或7所述的方法，该方法还包括：
存储所述绝对差的所述值或根据所述绝对差计算的值。


9.根据权利要求6、7和8中任一项所述的方法，其中，所述第一值的所述大小与所述第二值的所述大小之间的绝对差基于在取消从所述热电堆的所述材料的所述电阻产生的电压之后由于加热而在所述热电堆中产生的所述电压。


10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一极性的所述电偏压和所述第二极性的所述电偏压具有基本相等的大小。


11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述施加所述第一极性的所述电偏压到所述红外检测器以及施加所述第二极性的所述电偏压到所述红外检测器包括：施加电流到所述基于热电堆的设备；并且可选地
其中测量所述第一值和测量所述第二值包括：测量所述基于热电堆的设备两端的所述电压。


12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述施加所述第一极性的所述电偏压是通过将第一电流从所述基于热电堆的设备的正端子引导到负端子来实现的；并且其中所述施加第二极性的所述电偏压是通过将第二电流从所述基于热电堆的设备的所述负端子引导到所述正端子来实现的。


13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，该方法还包括：
电连接至少两个基于热电堆的...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·Z·艾利，K·莱蒂斯，
申请(专利权)人：AMS传感器英国有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB