[发明专利]悬臂梁热电堆及其制备方法

说明书

本发明涉及一种悬臂梁热电堆及其制备方法。其包括热电堆单体，所述热电堆单体包括衬底以及红外敏感体结构；红外敏感体结构包括器件支撑层、热绝缘层、吸收层以及包裹于热绝缘层与吸收层内的热偶，所述热偶包括若干交替排布的N型热电材料体以及P型热电材料体，所述N型热电材料体与P型热电材料体通过热电材料连接体依次串接；在所述衬底内的上部设置衬底腔，所述衬底腔从衬底的正面向所述衬底的背面方向延伸；位于所述衬底腔正上方的热偶形成热电堆热端区，位于所述衬底腔外的热偶形成热电堆冷端区。本发明结构紧凑，采用悬臂梁结构，降低热导，提高了热电堆的性能，制备工艺与现有IC工艺兼容，降低工艺复杂度以及制备成本，安全可靠。

技术领域

本发明涉及一种热电堆及其制备方法，尤其是一种悬臂梁热电堆及其制备方法。

背景技术

市面上主要流通的热电堆产品多采用封闭膜结构，主要是由于封闭膜结构的热电堆产品制备工艺相对简单，但性能比较低。此外，现有的悬臂梁热电堆，具体制备工艺主要采用背腔释放工艺，利用正面保护做背面深硅刻蚀，释放过程中容易出现漏真空、机台宕机、晶圆破膜的问题。正面释放采用XeF气体时，释放角度不易控制，且释放后需去除正面保护胶，工艺步骤繁琐。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种悬臂梁热电堆及其制备方法，其结构紧凑，采用悬臂梁结构，降低热导，能提升热电堆的性能，制备工艺与现有IC工艺兼容，降低工艺复杂度以及制备成本，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述悬臂梁热电堆，包括热电堆单体，所述热电堆单体包括衬底以及设置于所述衬底正面上方的红外敏感体结构；

所述红外敏感体结构包括位于衬底正面的器件支撑层、位于所述器件支撑层上的热绝缘层、位于所述热绝缘层上的吸收层以及包裹于热绝缘层与吸收层内的热偶，所述热偶包括若干交替排布的N型热电材料体以及P型热电材料体，所述N型热电材料体与P型热电材料体通过热电材料连接体依次串接；

在所述衬底内的上部设置衬底腔，所述衬底腔从衬底的正面向所述衬底的背面方向延伸；位于所述衬底腔正上方的热偶形成热电堆热端区，位于所述衬底腔外的热偶形成热电堆冷端区。

所述器件支撑层为氧化硅、氮化硅或氧化硅-氮化硅-氧化硅的复合层；器件支撑层的厚度为

所述热绝缘层包括氧化硅层，所述热绝缘层的厚度为吸收层包括氮化硅层、黑金、炭黑、石墨烯或PI纳米森林，所述吸收层的厚度为热电材料连接体的材料包括Al、Ti、Ni、AlCu、AlCr、NiCu、AlTi、AlSi或CrAu。

对所述吸收层以及热绝缘层刻蚀得到的衬底释放口，利用所述衬底释放口对衬底进行湿法腐蚀时，以在衬底内的上部制备得到衬底腔；所述衬底腔的深度为150μm～350μm；所述湿法腐蚀的液体包括TMAH溶液或KOH溶液。

在衬底上同时制备多个红外敏感体结构，以通过所述红外敏感体结构与衬底配合能得到多个热电堆单体，且得到的多个热电堆单体呈阵列分布；

当多个热电堆单体呈阵列分布时，在衬底上还同时制备与热电堆单体数量相一致的MOSFET器件，且在衬底上方还设置偏置电压连接体、MOS器件选通连接组以及输出电压连接组，其中，热电堆单体与MOSFET器件间呈一一对应连接，MOS器件选通连接组内器件选通连接体的数量与阵列中的列数相一致，输出电压连接组内输出电压连接体的数量与阵列中的行数相一致；

所有热电堆单体的负极端与偏置电压连接体连接，热电堆单体的正极端与所对应MOSFET器件的漏极端电连接；同一列MOSFET器件的栅极端与MOS器件选通连接组内相应的器件选通连接体电连接，同一行MOSFET器件的源极端与输出电压连接组内相应的输出电压连接体电连接。

所述偏置电压连接体、MOS器件选通连接组与热电材料连接体为同一工艺步骤形成；输出电压连接组通过溅射工艺设置在衬底正上方，输出电压连接组的材料包括CrAu，输出电压连接组内输出电压连接体的厚度为