[发明专利]一种混联结构的堆叠式热电堆

说明书

本发明公开了一种混联结构的堆叠式热电堆，属于半导体技术领域。包括衬底；所述衬底上设置有相互串联的并联结构的热电偶。本发明结构简单，容易实现。增加了接触面积，提高了输出电压，从而提高热电堆探测器的灵敏度和温度分辨率。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种堆叠式热电堆结构。

背景技术

热电偶在温度测量中应用极为广泛，因为它构造简单，使用方便，具有准确度高、温度测量范围宽等优点。热电偶被用来将热势差转换为电势差。热电偶的基本工作原理是基于物体的热电效应，也被称为Seebeck效应：由A、B两种不同材料的导体一端紧密地连在一起，当两结点温度不等时，在另一端两点处就会产生电势，从而形成电流。由Seebeck效应产生的电压可表示为：

S_A与S_B分别为两种导体的塞贝克系数。热电堆是由多个热电偶串联而成，如果S_A与S_B不随温度的变化而变化，N个热电偶串联而成的热电堆的输出电压则可表示成：

V＝N(S_B-S_A)(T₂-T₁)

目前，可以通过优化热电堆的结构改善其性能。在一种MEMS热电堆结构及其制造方法中，通过提出两层结构的热电堆，将热电堆的热结位于吸热的顶端，而冷结埋在导热材料底部，减少热结热量的散失。此外，在一种双层MEMS热电堆结构中，通过在上下两层都放置热偶材料，并且采用对称放置的结构。在同等面积下实现热电偶数目的翻倍，提高灵敏度。但上述结构中的热偶材料接触为直接接触，接触面积较小。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种混联结构的堆叠式热电堆，以解决现有技术中存在的热偶材料接触面积较小的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种混联结构的堆叠式热电堆，包括衬底，所述衬底上设置有堆叠式热电堆。

进一步的，所述堆叠式热电堆由热电偶相互串联而成。

进一步的，所述热电偶包括半导体层和金属层；所述半导体层并联排列在衬底上；所述半导体层的两端填埋在金属层中。

进一步的，所述半导体层的个数为2-10个，半导体层均在金属层上形成肖特基接触。

所述半导体层和金属层之间的金属接触均为立体接触，半导体层在下，金属层在上方将半导体层包住，半导体层除与衬底接触的一面外其余三面均与金属层接触，使得单个热电偶面积大幅增加，减小接触电阻，从而提高输出电压和灵敏度。

进一步的，所述金属层将热电偶的热端和冷端分别连接为热端节点和冷端节点。

进一步的，所述热电偶之间通过热端节点和冷端节点相互连接。

进一步的，所述半导体层使用的材料为多晶硅或GaAs；所述金属层使用的材料为Au、Al、Pt或Cu。

所述热电堆通过将多个并联的热电堆进行串联连接并进行堆叠设计，有效提高了输出热电势以及输出热电流，从而提高热电堆探测器的温度分辨率和灵敏度。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

与现有的MEMS热电堆相比，这种混联结构的堆叠式热电堆具有显著的优点：混联结构的堆叠式热电堆的热偶接触为立体接触，从而增大单个热偶接触面积，接触电阻减小，在相同温度差下输出电压增加；因此，提高了热电堆探测器的温度灵敏度和分辨率。

附图说明

图1是本发明金属—半导体立体接触的截面图；