探测器的设计
如第2节所述,热电堆探测器的性能取决于高差
在Seebeck系数和相对较低的导热系数的热电偶条。
传统的单层热电偶结构(SLTS)探测器在性能上存在缺陷
这两点。在此,SLT的热电偶条由N型或
P型多晶硅和铝。为了克服上述问题,我们提出了一种热电堆红外探测器
探测器采用双层热电偶结构。与单层热电偶相比
结构探测器,双层热电偶结构探测器保持高性能
在缩小尺寸的同时,与单层设备相比。同时,为了避免
通过对探针冷端和输出电极的过度释放,设计了一种新颖的刻蚀停止结构
在探测器中设计。
图3中,基于双层热电偶结构的探测器采用N型和
P型多晶硅作为热电偶材料,其中N型热电偶和P型热电偶
热电偶条位于最底层,并通过
铝线。在探测器的热连接处,连接了N型和P型热电偶
采用“爬式”铝结构,将N型和P型热电偶条相互连接
由一个“对角线”形的冷连接铝结构。热电偶的这种布置
实际上增加了探测器的占空比,减小了器件的横向尺寸
传统的四端梁式热电堆器件[6]。从表1可以看出
掺杂多晶硅材料的Seebeck系数远大于铝的Seebeck系数
导热系数低于铝。塞贝克系数的差异
计算了热电堆探测器的双层热电偶结构
与铝和N型或P型多晶硅的热电堆探测器差不多。与此同时,
铝的热导率远高于多晶硅。如式(9)所示,
双层热电偶结构(DLTS)的灵敏度是SLTS的两倍以上
设备。除此之外,根据等式(9),DLTS装置的结构尺寸可以进一步减小
通过减少长度和保持相对较高的灵敏度来缩小。电阻
铝也比多晶硅大得多。因此,热电堆的电阻
探测器基于双层热电偶布置,大约是
单层热电偶结构探测器。同时,对探测器的噪声电压进行了分析
双层热电偶结构约为单层结构两个的平方根
探测器,根据方程式(11)。双层热电偶结构的尺寸可以
在保持较高性能的同时进一步降低了成本。
微机械微机械2019,10,x 5/10
在保持相对稳定的前提下,可以进一步减小双层热电偶结构的尺寸
高性能。
图3。基于双层热电偶结构的热电堆红外探测器示意图。
表1.材料的理论热电性能[11,12]。
材料类型Al
N型多晶硅
(掺杂@3.64×1020 cm−3)
P型多晶硅
(掺杂@1.82×1020 cm−3)
塞贝克系数(μVK−1)−1.66−124.17 105.76
导热系数
(Wm−1K−1)
237 35 30
电阻率(μΩm)0.03 2.7 6.55
利用ansysworkbench14.0对探测器进行了建模和仿真。太阳的温度
冷结温度为22℃,辐射功率密度(φ0)为66.73w/m2,输出电极为
N型多晶硅的电势设为0v,可以看出模拟的多晶硅温度
热接点大致相同,平均 |