[实用新型]异质整合的热红外线感测元件及热红外线感测器

说明书

一种异质整合的热红外线感测元件包含：一基板；一感测电路，位于该基板中或上；一空腔，位于该基板中或上，感测电路位于空腔的下方；以及一个或多个热电偶，热电偶的材料为制作于第二基板并通过键合方式移转于空腔的上方，热电偶包含一第一导体及一第二导体，热电偶的第一导体与第二导体的第一端连接于一个位于空腔的上方的热端，热电偶的第一导体与第二导体的第二端为设置于空腔边缘的冷端，并且电连接至感测电路。

技术领域

本实用新型是有关于一种热红外线感测元件及热红外线感测器，且特别是有关于一种异质整合的热红外线感测元件及热红外线感测器。

背景技术

近年来，譬如是热电偶的热红外线感测元件常被用来作温度量测，其原理为通过加热导体之间的接合处的热端，使热端与冷端(导体之间的另一接合处)产生温差而生成一扩散电流。为消去此电流扩散，热电偶必须提供一个相当的反向电动势，此热电动势便是赛贝克(Seedback)电压。通过量测赛贝克电压的大小，便可知道热电偶的两端的温差而校正温度。而赛贝克电压的大小系由两端的温差大小和此二导体的赛贝克系数的乘积决定。将复数对的热电偶串联起来即成为热电堆，因此，热电堆的热电动势等于单一热电偶的赛贝克电压值乘以串联的热电偶数。

以目前的技术而言，若要将热电堆跟半导体制程整合的话，最常使用的材料譬如是硅与多晶硅。譬如在互补式金氧半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,CMOS)中，硅基板的前端定义出多晶硅(高温制程)，后端定义出金属层，最后作结构释出，以牺牲层的方式除去一部分的硅基板，以形成空腔，譬如揭露于中国台湾专利TW451260。此种作法的缺点是空腔的下方没有办法配置电路，这种技术在制作阵列元件时更显麻烦，因为电路只能放在热电堆的旁边，使得每个像素(pixel)的填充因子(fill factor(简称FF)，像素中感测部分的面积与像素的总面积的比值)大幅降低，其中FF越高表示品质因子(quality factor)越好。因此，已知技术具有低FF的缺点，仍有相当的改良空间。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供一种异质整合的热红外线感测元件及热红外线感测器，提升填充因子，缩短信号传递路径、提高信噪比，且可有效解决感测电路不受多晶硅所需的高温制程的影响。

本实用新型的实施例提供一种异质整合的热红外线感测元件，至少包含：一基板；一感测电路，位于基板中或上；一空腔，位于基板中或上，感测电路位于空腔的下方；以及一个或多个热电偶，热电偶的材料系制作于第二基板并通过键合方式移转于空腔的上方，热电偶或各热电偶包含一第一导体及一第二导体，热电偶的第一导体与第二导体的第一端连接于一个位于空腔的上方的热端，热电偶的第一导体与第二导体的第二端为设置于空腔边缘的冷端并且电连接至感测电路。

更进一步地，异质整合的热红外线感测元件更包含一第一绝缘层，位于该基板上，并覆盖该空腔以当作该空腔的一上壁面，该第一绝缘层与该基板之间形成一键合介面。

更进一步地，该第一绝缘层形成有多个开口，贯通该第一绝缘层而连通至该空腔。

更进一步地，该第一绝缘层更当作该空腔的侧壁面。

更进一步地，该第一导体及该第二导体的至少一者的材料包含硅。

更进一步地，该异质整合的热红外线感测元件的一填充因子至少大于30％。

更进一步地，该感测电路至少包含电晶体元件及金属连接线路。本实用新型的实施例更提供一种热红外线感测器，包含多个上述热红外线感测元件，排列成二维阵列，用于感测热像，多个热红外线感测元件共用一个基板。

更进一步地，热红外线感测器更包含：一盖体层，具有一盖体凹槽，并且键结接合于该基板，使该多个热红外线感测元件容置于该盖体凹槽中。

更进一步地，该盖体凹槽处于真空状态或低于一大气压的接近真空状态，以增加该多个热红外线感测元件的感测灵敏度。