[发明专利]红外辐射传感元件

说明书

本发明涉及一种红外辐射传感元件，尤其涉及这样的红外辐射传感元件，它包含热电元件、位于所述热电元件上的用于接收被测物体辐射红外线的光接收面，以及分别位于所述热电元件对置端面上的一对外部电极。

图7A示出了一种已知的热电红外传感元件1。该现有的传感元件包括一矩形板状热电体1a，其上下表面分别形成电极2a和3a，并且如箭头所示，在电极2a和3a之间进行极化处理。图7B示出了另一个现有技术中的热电红外传感元件1，它包括一热电体1b，热电体的两侧表面上形成电极2b和3b，并且如箭头所示，在电极2b和3b之间进行极化处理。如箭头所示，利用这些热电红外传感元件，可以在垂直于极化方向的方向上形成电极2a、3a和电极2b、3b。

在这些现有的热电红外传感元件1中，当被测物体辐射的红外线入射到每个热电红外传感元件1的光接收平面上时，热电体1a和1b中会产生微弱的温度变化。该温度变化将迫使热电体1a和1b(原先其载流子处于平衡状态)的面电荷载流子群发生移动，使电压相应上升。按这样的方式用该电压检测或感测被测目标，即用一个使用场效应晶体管(FET)的相关阻抗转换电路以电学的方式将电压放大，然后将转换成相应的电信号。

对于这样的现有热电红外传感元件1，为了提高表示热电器件特性的相对检测率(relative detection rate)或“检测灵敏度(detectivity)”，必需通过减小热电体本身的厚度并且形成用来接收入射红外光的凹陷形光接收部分，来达到绝热。这将减低热容量，并且尽可能地减低热时间常数(thermal time constant)，从而提高总的相对检测率。

不幸的是，上述现有热电红外传感元件1遇到了以下若干困难。因为严格要求在降低热电体厚度的同时实现绝热，所以该热电体本身的机械强度会减弱，并且还会缩短抗热冲击的寿命，从而很难操作这类热电红外传感元件。换句话说，如果减小热电体的厚度，就会出现某些危险：即当施加外部振动和冲击以及向传感元件辐射较强的红外光时，会产生明显的热变化，由此在热电红外传感元件中产生包括微裂(microclack)的机械损伤，并因破坏了热流平衡使其性能降低。另外，由于热电体本身易碎，所以很难用粘结剂将热电体可靠地支撑在衬底上，使又给支撑物的固定及其准确位置对准精度的获得带来较大的困难。由于所述困难，致使性能发生不良的下降。

现有技术遇到的另一个问题是，由于在大多数情况下，将热电体本身的厚度设计在70-100微米的范围内，所以产品生产量降低，给热电红外传感元件的生产或制造带来极大的困难。这导致了现有热电红外传感元件1的制造成本增高。

已经知道现有技术中用来避免上述问题的方法，该方法试图对热电红外传感元件的电极进行特殊的布置，以便其热电体仅在器件的光入射面(光接收平面)附近发生极化。图8示出了一例使用该方案的热电红外传感元件，用数字5表示。该结构的形成鉴于以下事实，即光接收平面上表面的贡献占热电红外传感元件输出的大部分。

具体地说，例如，图8所示的热电红外传感元件包括矩形板状热电体6，在其上表面形成两个相对的电极7和8，电极之间的距离定义为D。通过在两个电极7和8之间施加直流(DC)电压，在电极之间完成极化处理。在该情况下，主要在位置靠近红外光9之光入射面的地方产生极化，其极化方向平行于红外光9的光入射面；换句话说，极化方向与图8的x轴方向一致。

因此，该热电红外传感元件5比图7A和7B中传感元件优越的地方在于：可以迫使热电体6的极化仅局部发生在热电红外传感元件6的光入射面(光接收面)上或附近，从而提高了相对检测率。

但是，现有热电红外传感元件6的上述优点会伴随一个缺点：对相对检测率的控制能力下降。具体地说，在现有热电红外传感元件5中，为了改变相对检测率，应要求改变用于接收红外光的热电体6的光接收面积，这会增加复杂性，并且花费时间。为此，现有器件不适用于稳定的大批量生产，同时难以用较低的成本生产系统的器件。

因此，本发明的一个目的在于，提供一种热电红外传感元件，该元件能够提高相对检测率，并且容易使相对检测率产生变化，同时使其进行大批量生产更容易，更便宜。

本发明的一个发明提供了上述热电红外传感元件，其特点是，所述热电元件包括多个热电层，内电极分别位于所述多个热电层的相邻热电层之间，所述内电极的边缘交替地暴露于并接至位于所述热电元件每个对置端面上的每个所述外电极，所述热电元件在所述内电极之间电极化，并且所述内电极的侧端边缘暴露于所述光接收面。