微纳尺度材料赛贝克系数的测量机构及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种微纳尺度材料赛贝克系数的测量机构，衬底上设有释放阻挡带，释放阻挡带内封闭有热隔离腔体；热隔离腔体的正上方设有一对热电偶，第一热偶条和第二热偶条的材料特性不同；热隔离腔体的上方一侧设置有第一加热电阻条，上方另一侧设置有第二加热电阻条；第一加热电阻条的电阻值小于第二加热电阻条的电阻值；第一加热电阻条的两端分别连接第二金属电极和第三金属电极；第二加热电阻条的两端分别连接第四金属电极和第五金属电极。第一金属电极位于第一加热电阻条之上，第一金属电极连接第一热偶条和第二热偶条的一端。第一热偶条和第二热偶条的另一端分别连接第六金属电极和第七金属电极。本发明专利技术用于测量微纳尺度材料赛贝克系数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测量微纳尺度材料性能的机构及其制备方法，尤其是一种。
技术介绍
基于温差电效应(赛贝克效应)的MEMS红外探测器——MEMS热电堆红外探测器是传感探测领域的一种典型器件，可用于组成温度传感器、气敏传感器、人体感测系统、防盗报警装置等。热电堆红外探测器与基于其它工作原理的红外探测器(如热释电型红外探测器和热敏电阻型红外探测器等)相比具有可测恒定辐射量、无需加偏置电压、无需斩波器、更适用于移动应用与野外应用等明显的综合优点。因而，MEMS热电堆红外探测器对于实现更为宽广的红外探测应用具有非常重要的意义，其民用、军用前景广阔，商业价值和市场潜力非常巨大。热电转换材料是热电堆探测器的敏感元件，也是该探测器最为关键的构件；赛贝克系数是表征热电转换材料热电性能的参数，直接决定着热电堆探测器的性能，因此也是该探测器最为核心的一项参数。从这个角度讲，如何准确测量材料的赛贝克系数具有重要的现实意义。赛贝克系数是指在一定温度梯度条件下材料两端所产生的开路电压与材料两端的温度差之比。仅从理论上讲，赛贝克系数是一个很容易测量的参量。然而，实际的测量过程中不可避免地会出现测量误差，有时候误差会大到严重干扰测量结果准确性的程度。对于MEMS热电堆红外探测器而言，其热电敏感单元的结构尺寸一般为微米量级甚至达到纳米量级，这种情况下，基于这些微纳米结构的赛贝克系数的测量就更为困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是补充现有技术中存在的不足，提供一种，其结构简单便于实现，能够实现微纳尺度材料赛贝克系数的测量，同时易于与MEMS热电堆红外探测器集成制备，因而其测量结果可为MEMS热电堆红外探测器提供直接的数值参考，将为基于赛贝克效应的器件性能的标定提供便利条件。本专利技术采用的技术方案是 一种微纳尺度材料赛贝克系数的测量机构，包括衬底，所述衬底上设有释放阻挡带，所述释放阻挡带内封闭有热隔离腔体；所述热隔离腔体的正上方设有一对热电偶，即第一热偶条和第二热偶条，第一热偶条和第二热偶条的材料特性不同；热隔离腔体的上方一侧设置有第一加热电阻条，上方另一侧设置有第二加热电阻条；第一加热电阻条的电阻值小于第二加热电阻条的电阻值；所述第一加热电阻条的两端分别连接第二金属电极和第三金属电极；所述第二加热电阻条的两端分别连接第四金属电极和第五金属电极。第一金属电极位于第一加热电阻条之上，且通过释放保护膜和电绝缘热导通结构实现与第一加热电阻条的电学隔离和热学导通；所述第一金属电极连接第一热偶条的一端和第二热偶条的一端。第一热偶条的另一端和第二热偶条的另一端分别连接第六金属电极和第七金属电极；所述第六金属电极和第七金属电极位于第二加热电阻条之上，且通过释放保护膜和电绝缘热导通结构实现与第二加热电阻条的电学隔离和热学导通。所述热电偶对中第一热偶条采用P型掺杂的多晶硅，第二热偶条采用N型掺杂的多晶硅；或者所述热电偶对中第一热偶条采用N型掺杂的多晶硅，第二热偶条采用P型掺杂的多晶硅。所述第一加热电阻条的电阻值和第二加热电阻条的电阻值通过改变加热电阻条的掺杂浓度和/或调整加热电阻条的尺寸参数得到所需的电阻值。一种微纳尺度材料赛贝克系数的级联测量机构，包括衬底，所述衬底上设有释放阻挡带，所述释放阻挡带内封闭有热隔离腔体；热隔离腔体的上方一侧设置有第一加热电阻条，上方另一侧设置有第二加热电阻条；第一加热电阻条的电阻值小于第二加热电阻条的电阻值；所述第一加热电阻条的两端分别连接第二金属电极和第三金属电极；所述第二加热电阻条的两端分别连接第四金属电极和第五金属电极。所述热隔离腔体的正上方并行设有多对热电偶，每对热电偶包括第一热偶条和第二热偶条，第一热偶条和第二热偶条的材料特性不同；对应每对热电偶设置一个第一金属电极、一个第六金属电极和一个第七金属电极。每对热电偶对应的第一金属电极位于第一加热电阻条之上，且通过释放保护膜和电绝缘热导通结构实现与第一加热电阻条的电学隔离和热学导通；每对热电偶的第一热偶条的一端和第二热偶条的一端连接对应的第一金属电极。每对热电偶对应的第六金属电极和第七金属电极位于第二加热电阻条之上，且通过释放保护膜和电绝缘热导通结构实现与第二加热电阻条的电学隔离和热学导通；每对热电偶的第一热偶条的另一端和第二热偶条的另一端分别连接第六金属电极和第七金属电极。多对热电偶之间形成级联连接，本级热电偶对对应的第六金属电极连接上一级热电偶对对应的第七金属电极；本级热电偶对对应的第七金属电极连接下一级热电偶对对应的第六金属电极。所述热电偶对中第一热偶条采用P型掺杂的多晶硅，第二热偶条采用N型掺杂的多晶硅；或者所述热电偶对中第一热偶条采用N型掺杂的多晶硅，第二热偶条采用P型掺杂的多晶硅。所述第一加热电阻条的电阻值和第二加热电阻条的电阻值通过改变加热电阻条的掺杂浓度和/或调整加热电阻条的尺寸参数得到所需的电阻值。一种微纳尺度材料赛贝克系数测量机构的制备方法，包括以下步骤， (a)步骤，提供衬底，并在所述衬底上形成释放阻挡带与介质支撑膜； (b)步骤，在上述介质支撑膜上设置热偶条和加热电阻条，其中加热电阻条包括第一加热电阻条和第二加热电阻条，热偶条包括第一热偶条与第二热偶条，其中第一加热电阻条和第二加热电阻条掺杂浓度和/或尺寸参数不同，使得第一加热电阻条的电阻值小于第二加热电阻条的电阻值；第一热偶条和第二热偶条的材料特性不同；第一热偶条和第二热偶条跨越释放阻挡带； (C)步骤，在上述加热电阻条和热偶条上方设置释放保护膜，所述释放保护膜同时作为金属与热偶条、金属与加热电阻条之间的电绝缘材料层，其覆盖的区域包括除金属与加热电阻条连接位置、金属与热偶条连接位置以及金属电极与加热电阻条交叠位置外的基底上表面所有区域； (d)步骤，在上述金属电极与加热电阻条交叠位置处设置电绝缘热导通结构； (e)步骤，在上述已制作电绝缘热导通结构的基底上溅射金属层，选择性地掩蔽和刻蚀上述金属层，实现金属层的图形化，形成金属电极及金属连接线；金属电极及金属连接线包括各金属电极和金属电极上的突出部，其中，金属电极包括第一金属电极、第二金属电极、第三金属电极、第四金属电极、第五金属电极、第六金属电极和第七金属电极；每个金属电极上的突出部为金属连接线，用于和加热电阻条或热偶条连接； (f)步骤，选择性地掩蔽和刻蚀释放保护膜，以在释放保护膜上形成介质支撑膜刻蚀窗口，利用所述介质支撑膜刻蚀窗口对介质支撑膜进行刻蚀，直至刻蚀到介质支撑膜刻蚀窗口正下方的释放材料层，以形成腐蚀释放通道； (g)步骤，利用腐蚀释放通道腐蚀介质支撑膜正下方的释放材料层，以得到热隔离腔体。进一步地，所述(a)步骤包括以下子步骤 (a-Ι)子步骤，提供衬底，在衬底上形成衬底保护层，所述衬底保护层为SiO2材料层；在衬底保护层上生长释放材料层和通孔掩蔽层；所述释放材料层的材料为多晶硅；通孔掩蔽层的材料为SiO2 ； (a-2)子步骤，在通孔掩蔽层上采用反应离子刻蚀SiO2的方法形成释放材料层刻蚀窗口，通过释放材料层刻蚀窗口，采用RIE技术各向异性刻蚀释放材料层，形成通孔； (a-3)子步骤，去除通孔掩蔽层，随后在已经形成通孔的基底上，淀积生长介质支撑膜，所述介质支撑膜的材料为SiO2 ;使用SiO2材料完全填本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微纳尺度材料赛贝克系数的测量机构，包括衬底(101)，其特征在于：所述衬底(101)上设有释放阻挡带(302)，所述释放阻挡带(302)内封闭有热隔离腔体(901)；所述热隔离腔体(901)的正上方设有一对热电偶，即第一热偶条(8)和第二热偶条(9)，第一热偶条(8)和第二热偶条(9)的材料特性不同；热隔离腔体(901)的上方一侧设置有第一加热电阻条(10)，上方另一侧设置有第二加热电阻条(11)；第一加热电阻条(10)的电阻值小于第二加热电阻条(11)的电阻值；所述第一加热电阻条(10)的两端分别连接第二金属电极(2)和第三金属电极(3)；所述第二加热电阻条(11)的两端分别连接第四金属电极(4)和第五金属电极(5)；第一金属电极(1)位于第一加热电阻条(10)之上，且通过释放保护膜(501)和电绝缘热导通结构(601)实现与第一加热电阻条(10)的电学隔离和热学导通；所述第一金属电极(1)连接第一热偶条(8)的一端和第二热偶条(9)的一端；第一热偶条(8)的另一端和第二热偶条(9)的另一端分别连接第六金属电极(6)和第七金属电极(7)；所述第六金属电极(6)和第七金属电极(7)位于第二加热电阻条(11)之上，且通过释放保护膜(501)和电绝缘热导通结构(601)实现与第二加热电阻条(11)的电学隔离和热学导通。...

【技术特征摘要】
1.一种微纳尺度材料赛贝克系数的测量机构，包括衬底(101)，其特征在于所述衬底(101)上设有释放阻挡带(302)，所述释放阻挡带(302)内封闭有热隔离腔体(901);所述热隔离腔体(901)的正上方设有一对热电偶，即第一热偶条(8)和第二热偶条(9)，第一热偶条(8)和第二热偶条(9)的材料特性不同；热隔离腔体(901)的上方一侧设置有第一加热电阻条(10)，上方另一侧设置有第二加热电阻条(11);第一加热电阻条(10)的电阻值小于第二加热电阻条(11)的电阻值；所述第一加热电阻条(10)的两端分别连接第二金属电极(2)和第三金属电极(3);所述第二加热电阻条(11)的两端分别连接第四金属电极(4)和第五金属电极(5)； 第一金属电极(I)位于第一加热电阻条(10)之上，且通过释放保护膜(501)和电绝缘热导通结构(601)实现与第一加热电阻条(10)的电学隔离和热学导通；所述第一金属电极(I)连接第一热偶条(8)的一端和第二热偶条(9)的一端； 第一热偶条(8)的另一端和第二热偶条(9)的另一端分别连接第六金属电极(6)和第七金属电极(7);所述第六金属电极(6)和第七金属电极(7)位于第二加热电阻条(11)之上，且通过释放保护膜(501)和电绝缘热导通结构(601)实现与第二加热电阻条(11)的电学隔离和热学导通。2.如权利要求1所述的微纳尺度材料赛贝克系数的测量机构，其特征在于所述热电偶对中第一热偶条(8)采用P型掺杂的多晶硅，第二热偶条(9)采用N型掺杂的多晶硅；或者所述热电偶对中第一热偶条(8)采用N型掺杂的多晶硅，第二热偶条(9)采用P型掺杂的多晶硅。3.如权利要求1或2所述的微纳尺度材料赛贝克系数的测量机构，其特征在于所述第一加热电阻条(10)的电阻值和第二加热电阻条(11)的电阻值通过改变加热电阻条(402)的掺杂浓度和/或调整加热电阻条(402)的尺寸参数得到所需的电阻值。4.一种微纳尺度材料赛贝克系数的级联测量机构，包括衬底(101)，其特征在于所述衬底(101)上设有释放阻挡带(302)，所述释放阻挡带(302)内封闭有热隔离腔体(901)；热隔离腔体(901)的上方一侧设置有第一加热电阻条(10)，上方另一侧设置有第二加热电阻条(11);第一加热电阻条(10)的电阻值小于第二加热电阻条(11)的电阻值；所述第一加热电阻条(10)的两端分别连接第二金属电极(2)和第三金属电极(3);所述第二加热电阻条(11)的两端分别连接第四金属电极⑷和第五金属电极(5)； 所述热隔离腔体(901)的正上方并行设有多对热电偶，每对热电偶包括第一热偶条(8)和第二热偶条(9)，第一热偶条(8)和第二热偶条(9)的材料特性不同；对应每对热电偶设置一个第一金属电极(I)、一个第六金属电极(6)和一个第七金属电极(7)； 每对热电偶对应的第一金属电极(I)位于第一加热电阻条(10)之上，且通过释放保护膜(501)和电绝缘热导通结构(601)实现与第一加热电阻条(10)的电学隔离和热学导通；每对热电偶的第一热偶条(8)的一端和第二热偶条(9)的一端连接对应的第一金属电极⑴; 每对热电偶对应的第六金属电极(6)和第七金属电极(7)位于第二加热电阻条(11)之上，且通过释放保护膜(501)和电绝缘热导通结构(601)实现与第二加热电阻条(11)的电学隔离和热学导通；每对热电偶的第一热偶条(8)的另一端和第二热偶条(9)的另一端分别连接第六金属电极(6)和第七金属电极(7)；多对热电偶之间形成级联连接，本级热电偶对对应的第六金属电极(6)连接上一级热电偶对对应的第七金属电极(7);本级热电偶对对应的第七金属电极(7)连接下一级热电偶对对应的第六金属电极(6)。5.如权利要求4所述的微纳尺度材料赛贝克系数的级联测量机构，其特征在于所述热电偶对中第一热偶条(8)采用P型掺杂的多晶硅，第二热偶条(9)采用N型掺杂的多晶硅；或者所述热电偶对中第一热...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛海央，欧文，欧毅，陈大鹏，
申请(专利权)人：江苏物联网研究发展中心，
类型：发明
国别省市：