一种可简便集成的柔性薄膜热电传感器及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种可简便集成的柔性薄膜热电传感器及其应用，该热电传感器包括：柔性绝缘衬底以及依次沉积在柔性绝缘衬底上的底部电极、P型热电薄膜和N型热电薄膜，且P型热电薄膜、底部电极和N型热电薄膜首尾相接，呈“蛇形”沉积在柔性绝缘衬底上。本发明专利技术采用柔性绝缘衬底进行热电薄膜材料的沉积，满足温度传感器的柔性要求，适用于在复杂的应用环境中准确测温，在实际应用中，可以将温度传感器直接贴附于热源四周，通过塞贝克效应将温差的信号转换为电压的信号，具有极快的响应速度，无需外部供能，结构简单、工艺成本低、可靠性高，且能够产生较大的温差，灵敏度高。灵敏度高。灵敏度高。

【技术实现步骤摘要】
一种可简便集成的柔性薄膜热电传感器及其应用


[0001]本专利技术属于电子器件热管理
，尤其涉及一种可简便集成的柔性薄膜热电传感器及其应用。

技术介绍

[0002]随着微系统集成度以及微系统工作频率的提高，微系统的功耗不断增大，由温度引起的各种热管理问题也日益突出，为此，国内外研究人员针对解决微小区域的动态温度管理问题展开了深入的研究，温度传感器也因此成为了国内外研究的焦点。
[0003]传统的温度传感器包括热电偶、铂电阻以及双金属开关等，但受到封装体积、线性表现、准确度以及时空分辨率等因素的制约，传统温度传感器微系统中的应用中受到限制。随着集成工艺的发展，以硅为基础的半导体集成电路中，能够实现温度传感功能的器件单元包括集成电阻、MOS晶体管、硅二极管、双极晶体管和CMOS工艺下的寄生双极晶体管等。这些温度传感器原理各异，组成不同，均以准确获得芯片表面的温度分布为前提，然而，这些温度传感器普遍存在功耗过高的问题，这不仅导致温度传感器自热，影响温度的测量精度，而且，在复杂的应用环境中(曲面、异型面)难以准确测温，并使得集成存在较大的困难。
[0004]因此，设计开发一种工艺简单、易于集成、可靠耐用的无源柔性温度传感器是非常必要的。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供一种可简便集成的柔性薄膜热电传感器及其应用，该传感器能够在无源条件下将温差的信号转换为电压的信号，进而实现微系统关键芯片近结区温度或关键位置热分布的高精度高速测量，并且结构简单、工艺成本低、可靠性高。r/>[0006]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种可简便集成的柔性薄膜热电传感器，所述热电传感器包括：柔性绝缘衬底以及依次沉积在柔性绝缘衬底上的底部电极、P型热电薄膜和N型热电薄膜，所述P型热电薄膜、底部电极和N型热电薄膜首尾相接，呈“蛇形”沉积在柔性绝缘衬底上。
[0007]优选的，所述柔性绝缘衬底的材料为聚酰亚胺、硅橡胶、硅树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚萘二甲酸乙二醇中任意一种。
[0008]优选的，所述P型热电薄膜和N型热电薄膜的材料均为硅基材料。
[0009]优选的，所述硅基材料包括但不限于晶硅锗和重掺杂硅。
[0010]优选的，所述P型热电薄膜和N型热电薄膜的材料均为Bi2Te3基热电材料、Sb2Te3基热电材料、SiGe合金材料、半哈勒斯化合物热电材料、PbTe类热电材料、方钴矿或填充方钴矿热电材料中的一种或多种。
[0011]优选的，所述底部电极材质为金属铜、铝、金、银、铬以及合金中任意一种。
[0012]优选的，所述P型热电薄膜和N型热电薄膜均通过磁控溅射法在室温条件下沉积于柔性绝缘衬底上，且通过金属掩膜版的物理遮挡或光刻掩膜进行图形化。
[0013]优选的，所述底部电极通过磁控溅射法在室温条件下沉积于柔性绝缘衬底上，并通过光刻、腐蚀、去胶完成底部电极的图形化。
[0014]优选的，所述热电传感器其一端通过补偿导线与外部设备相连接。
[0015]一种可简便集成的柔性薄膜热电传感器的应用，该应用利用上述可简便集成的柔性薄膜热电传感器进行温度监测，温度监测时将柔性薄膜热电传感器直接贴在待监测设备的热源四周。
[0016]本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的一种可简便集成的柔性薄膜热电传感器及其应用，其热电传感器采用柔性绝缘衬底进行热电薄膜材料的沉积，满足温度传感器的柔性要求，适用于在复杂的应用环境中准确测温，在实际应用中，可以将温度传感器直接贴附于热源四周，通过塞贝克效应将温差的信号转换为电压的信号，具有极快的响应速度，无需外部供能，结构简单、工艺成本低、可靠性高，且能够产生较大的温差，灵敏度高。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例中可简便集成的柔性薄膜热电传感器的结构示意图；
[0018]图2为本专利技术实施例中可简便集成的柔性薄膜热电传感器应用时的分布图；
[0019]图3为本专利技术中可简便集成的柔性薄膜热电传感器的温度和塞贝克电压的关系图；
[0020]图中：1.P型热电薄膜 2.N型热电薄膜 3.底部电极 4.柔性绝缘衬底 5.热源 100.可简便集成的柔性薄膜热电传感器。
具体实施方式
[0021]本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本专利技术的原理，应被理解为本专利技术的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本专利技术公开的这些技术启示做出各种不脱离本专利技术实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本专利技术的保护范围内。
[0022]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。
[0023]一种可简便集成的柔性薄膜热电传感器100，如图1所示，所述热电传感器包括：柔性绝缘衬底4以及依次沉积在柔性绝缘衬底4上的P型热电薄膜1、N型热电薄膜2和底部电极3，且P型热电薄膜1、底部电极3和N型热电薄膜2首尾相接，呈“蛇形”排布在柔性绝缘衬底4上。本专利技术的可简便集成的柔性薄膜热电传感器在应用时，直接贴在热源四周，如图2所示，通过塞贝克效应将温差的信号转换为电压的信号，无需外部供能，结构简单、工艺成本低、可靠性高。
[0024]上述柔性绝缘衬底1的材料为聚酰亚胺、硅橡胶、硅树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚萘二甲酸乙二醇中任意一种；P型热电薄膜1和N型热电薄膜2的材料均为晶硅锗和重掺杂硅等硅基材料或者可为Bi2Te3基热电材料、Sb2Te3基热电材料、SiGe合金材料、半哈勒斯化合物热电材料、PbTe类热电材料、方钴矿或填充方钴矿热电材料中的一种或多种；底部电极3的材质为金属铜、铝、金、银、铬以及合金中任意一种。
[0025]上述P型热电薄膜1和N型热电薄膜2均通过磁控溅射法在室温条件下沉积于柔性绝缘衬底4上，且通过金属掩膜版的物理遮挡或光刻掩膜进行图形化；底部电极3通过磁控
溅射法在室温条件下沉积于柔性绝缘衬底4上，并通过光刻、腐蚀、去胶完成底部电极3的图形化。热电传感器的一端通过补偿导线与外部设备相连接。
[0026]一种可简便集成的柔性薄膜热电传感器的应用，该应用利用上述可简便集成的柔性薄膜热电传感器进行温度监测，温度监测时将柔性薄膜热电传感器直接贴在待监测设备的热源四周。
[0027]本专利技术基于热电效应中的塞贝克效应，将传感器热端置于温度较高的待测热源中，使传感器的热端与冷端之间产生一定的温度梯度，进而通过塞贝克效应将温度信号转换成电压信号，通过对传感器进行标定，可以得出热端热源温度与输出电压信号的关系，标定后通过输出电压信号即可获得热端的温度，即实现对芯片温度的监测，如图3所示，为温度传感器的温度和塞贝克电压的关系图，通过计算得到的线性方程为E＝5.71429
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10
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6+0.012
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ΔT，R2＝1，其中E为塞贝克电压，ΔT为温度传感器热端与冷端的温度差。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可简便集成的柔性薄膜热电传感器，其特征在于，所述热电传感器包括：柔性绝缘衬底以及依次沉积在柔性绝缘衬底上的底部电极、P型热电薄膜和N型热电薄膜，所述P型热电薄膜、底部电极和N型热电薄膜首尾相接，呈“蛇形”沉积在柔性绝缘衬底上。2.根据权利要求1所述的可简便集成的柔性薄膜热电传感器，其特征在于，所述柔性绝缘衬底的材料为聚酰亚胺、硅橡胶、硅树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚萘二甲酸乙二醇中任意一种或者多种。3.根据权利要求1所述的可简便集成的柔性薄膜热电传感器，其特征在于，所述P型热电薄膜和N型热电薄膜的材料均为硅基材料。4.根据权利要求3所述的可简便集成的柔性薄膜热电传感器，其特征在于，所述硅基材料包括但不限于晶硅锗和重掺杂硅。5.根据权利要求1所述的可简便集成的柔性薄膜热电传感器，其特征在于，所述P型热电薄膜和N型热电薄膜的材料均为Bi2Te3基热电材料、Sb2Te3基热电材料、SiGe合金材料、半哈勒斯化合物热电材料、PbTe类热电材料、方钴矿或填...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚廷睿，李良辉，高磊，颜薪瞩，谭浩书，覃峰，雷智程，杨英坤，李俊焘，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：