專利名稱：多晶硅-金屬熱電偶塞貝克系數(shù)的在線測(cè)試結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種微機(jī)電系統(tǒng)中材料參數(shù)的在線測(cè)試技術(shù)，尤其涉及的是一種多晶硅-金屬熱電偶塞貝克系數(shù)的在線測(cè)試結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
熱電偶作為一種常見的熱傳感器，得到廣泛地應(yīng)用，該傳感器有效地將熱轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷?。多晶硅、金屬是微機(jī)電系統(tǒng)器件制造的基本材料，利用多晶硅-金屬所形成的熱電偶進(jìn)行熱傳感是微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)中常用的傳感技術(shù)。塞貝克(seebeck)系數(shù)是衡量熱電偶傳感靈敏度的重要參數(shù)，由形成熱電偶的材料特性決定其大小。因?yàn)镸EMS材料會(huì)受加工過(guò)程的影響而產(chǎn)生材料參數(shù)的變化，使得設(shè)計(jì)者需要了解具體工藝后材料參數(shù)的真實(shí)情況。對(duì)于熱電偶而言，需要測(cè)量塞貝克系數(shù)的具體數(shù)值。由于參數(shù)與工藝相關(guān)的緊密性，所以，不離開加工環(huán)境并采用通用設(shè)備進(jìn)行的在線測(cè)試成為參數(shù)測(cè)量的必要手段，也是對(duì)工藝重復(fù)性監(jiān)控的必要措施。在線測(cè)試技術(shù)通常采用電學(xué)激勵(lì)和電學(xué)測(cè)量的方法，通過(guò)電學(xué)量數(shù)值以及針對(duì)性的計(jì)算方法得到材料的物理參數(shù)?，F(xiàn)有的多晶硅-金屬熱電偶塞貝克系數(shù)在線測(cè)試結(jié)構(gòu)通常采用懸空結(jié)構(gòu)，以避免輻射、對(duì)流以及傳導(dǎo)對(duì)于有效溫度的影響。這些測(cè)試結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，工藝難度較大，而且熱輻射等影響并不能完全消除，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于降低其對(duì)測(cè)試、計(jì)算的影響。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種多晶硅-金屬熱電偶塞貝克系數(shù)的在線測(cè)試結(jié)構(gòu)，利用兩個(gè)測(cè)溫電阻分別測(cè)量熱穩(wěn)態(tài)時(shí)熱電偶冷、熱端的實(shí)際溫差，測(cè)量熱電偶堆的開路電壓，并通過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算得到多晶硅-金屬熱電偶的塞貝克系數(shù)。技術(shù)方案本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明的測(cè)試結(jié)構(gòu)包括絕緣襯底、 發(fā)熱電阻、第一多晶硅電阻、第二多晶硅電阻、均熱板和熱電偶堆；發(fā)熱電阻和第二多晶硅電阻分別設(shè)置在絕緣襯底上，均熱板包裹在發(fā)熱電阻上，第一多晶硅電阻位于均熱板之上， 熱電偶堆的熱端位于均熱板上，冷端位于絕緣襯底上，發(fā)熱電阻、第一多晶硅電阻、第二多晶硅電阻和熱電偶堆的兩端分別設(shè)有金屬電極。所述熱電偶堆由多個(gè)多晶硅-金屬熱電偶串聯(lián)而成，每個(gè)多晶硅-金屬熱電偶包括多晶硅條和金屬條，多晶硅條和金屬條相連。所述均熱板由二氧化硅制成，是具有較大熱阻的絕緣材料，通過(guò)均熱板將密集于發(fā)熱電阻上的熱場(chǎng)均勻到整個(gè)熱電偶堆的熱端區(qū)域。一種多晶硅-金屬多晶硅-金屬熱電偶塞貝克系數(shù)的在線測(cè)試方法，包括以下步驟(I)測(cè)量室溫下第一多晶硅電阻的阻值Rltl3oo,測(cè)量室溫下第二多晶硅電阻的阻值R ≈105 ∞(2)對(duì)發(fā)熱電阻施加直流電源使其發(fā)熱，同時(shí)檢測(cè)第一多晶硅電阻的阻值變化，當(dāng)?shù)谝欢嗑Ч璧淖柚捣€(wěn)定時(shí)，記錄此時(shí)第一多晶硅的阻值Rici3t，測(cè)量此時(shí)第二多晶硅電阻的阻值Rici5t，測(cè)量此時(shí)熱電偶堆的開路電壓VOTTn ；(3)計(jì)算熱電偶堆的塞貝克系數(shù)a s
權(quán)利要求
1.一種多晶硅-金屬熱電偶塞貝克系數(shù)的在線測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括絕緣襯底、 發(fā)熱電阻(101)、第一多晶硅電阻(103)、第二多晶硅電阻(105)、均熱板(102)和熱電偶堆； 發(fā)熱電阻(101)和第二多晶硅電阻(105)分別設(shè)置在絕緣襯底上，均熱板(102)包裹在發(fā)熱電阻(101)上，第一多晶硅電阻(103)位于均熱板(102)之上，熱電偶堆的熱端位于均熱板(102)上，冷端位于絕緣襯底上，發(fā)熱電阻(101)、第一多晶硅電阻(103)、第二多晶硅電阻(105)和熱電偶堆的兩端分別設(shè)有金屬電極(107)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多晶硅-金屬熱電偶塞貝克系數(shù)的在線測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于所述熱電偶堆由多個(gè)多晶硅-金屬熱電偶串聯(lián)而成，每個(gè)多晶硅-金屬熱電偶包括多晶硅條(104)和金屬條(106)，多晶硅條(104)和金屬條(106)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多晶硅-金屬熱電偶塞貝克系數(shù)的在線測(cè)試結(jié)構(gòu)，所述均熱板(102)由二氧化硅制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多晶硅-金屬熱電偶塞貝克系數(shù)的在線測(cè)試方法，其特征在于，包括以下步驟(1)測(cè)量室溫下第一多晶硅電阻(103)的阻值Rltl3oo,測(cè)量室溫下第二多晶硅電阻(105) 的阻值R105=O ；(2)對(duì)發(fā)熱電阻(101)施加直流電源使其發(fā)熱，同時(shí)檢測(cè)第一多晶硅電阻(103)的阻值變化，當(dāng)?shù)谝欢嗑Ч璧淖柚捣€(wěn)定時(shí)，記錄此時(shí)第一多晶硅的阻值Rici3t，測(cè)量此時(shí)第二多晶硅電阻(105)的阻值Rici5t，測(cè)量此時(shí)熱電偶堆的開路電壓VOTTn;(3)計(jì)算熱電偶堆的塞貝克系數(shù)as
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多晶硅-金屬熱電偶塞貝克系數(shù)的在線測(cè)試方法，其特征在于，所述步驟(I)和步驟(2)中采用電阻表測(cè)量阻值。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多晶硅-金屬熱電偶塞貝克系數(shù)的在線測(cè)試方法，其特征在于，所述步驟(2)中采用高阻電壓表測(cè)量開路電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多晶硅-金屬熱電偶塞貝克系數(shù)的在線測(cè)試結(jié)構(gòu)，該技術(shù)利用兩個(gè)測(cè)溫電阻分別測(cè)量熱穩(wěn)態(tài)時(shí)熱電偶冷、熱端的實(shí)際溫差，測(cè)量熱電偶堆的開路電壓，并通過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算得到多晶硅-金屬熱電偶的塞貝克系數(shù)。本發(fā)明的測(cè)試結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，采用普通的MEMS表面加工工藝即可得到，避免了復(fù)雜的懸空結(jié)構(gòu)和體加工工藝，測(cè)量溫度為熱穩(wěn)定時(shí)熱電偶堆的熱端與冷端的實(shí)際溫度值，不需要考慮輻射、對(duì)流等因素的影響，測(cè)試要求低，測(cè)試方法及測(cè)試參數(shù)值穩(wěn)定，計(jì)算簡(jiǎn)單可靠。
文檔編號(hào)G01K15/00GK102608153SQ201210005598
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者劉海韻, 周再發(fā), 李偉華, 蔣明霞, 袁風(fēng)良 申請(qǐng)人:東南大學(xué)