專利名稱：多晶硅-金屬熱電偶塞貝克系數的在線測試結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種微機電系統中材料參數的在線測試技術，尤其涉及的是一種多晶硅-金屬熱電偶塞貝克系數的在線測試結構。
背景技術：
熱電偶作為一種常見的熱傳感器，得到廣泛地應用，該傳感器有效地將熱轉變為電壓。多晶硅、金屬是微機電系統器件制造的基本材料，利用多晶硅-金屬所形成的熱電偶進行熱傳感是微機電系統(MEMS)中常用的傳感技術。塞貝克(seebeck)系數是衡量熱電偶傳感靈敏度的重要參數，由形成熱電偶的材料特性決定其大小。因為MEMS材料會受加工過程的影響而產生材料參數的變化，使得設計者需要了解具體工藝后材料參數的真實情況。對于熱電偶而言，需要測量塞貝克系數的具體數值。由于參數與工藝相關的緊密性，所以，不離開加工環境并采用通用設備進行的在線測試成為參數測量的必要手段，也是對工藝重復性監控的必要措施。在線測試技術通常采用電學激勵和電學測量的方法，通過電學量數值以及針對性的計算方法得到材料的物理參數?，F有的多晶硅-金屬熱電偶塞貝克系數在線測試結構通常采用懸空結構，以避免輻射、對流以及傳導對于有效溫度的影響。這些測試結構較為復雜，工藝難度較大，而且熱輻射等影響并不能完全消除，結構設計重點在于降低其對測試、計算的影響。

發明內容
發明目的本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供了一種多晶硅-金屬熱電偶塞貝克系數的在線測試結構，利用兩個測溫電阻分別測量熱穩態時熱電偶冷、熱端的實際溫差，測量熱電偶堆的開路電壓，并通過簡單計算得到多晶硅-金屬熱電偶的塞貝克系數。技術方案本發明是通過以下技術方案實現的，本發明的測試結構包括絕緣襯底、 發熱電阻、第一多晶硅電阻、第二多晶硅電阻、均熱板和熱電偶堆；發熱電阻和第二多晶硅電阻分別設置在絕緣襯底上，均熱板包裹在發熱電阻上，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有金屬電極。所述熱電偶堆由多個多晶硅-金屬熱電偶串聯而成，每個多晶硅-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，通過均熱板將密集于發熱電阻上的熱場均勻到整個熱電偶堆的熱端區域。一種多晶硅-金屬多晶硅-金屬熱電偶塞貝克系數的在線測試方法，包括以下步驟(I)測量室溫下第一多晶硅電阻的阻值Rltl3oo,測量室溫下第二多晶硅電阻的阻值R ≈105 ∞(2)對發熱電阻施加直流電源使其發熱，同時檢測第一多晶硅電阻的阻值變化，當第一多晶硅的阻值穩定時，記錄此時第一多晶硅的阻值Rici3t，測量此時第二多晶硅電阻的阻值Rici5t，測量此時熱電偶堆的開路電壓VOTTn ；(3)計算熱電偶堆的塞貝克系數a s
權利要求
1.一種多晶硅-金屬熱電偶塞貝克系數的在線測試結構，其特征在于，包括絕緣襯底、 發熱電阻(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； 發熱電阻(101)和第二多晶硅電阻(105)分別設置在絕緣襯底上，均熱板(102)包裹在發熱電阻(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有金屬電極(107)。
2.根據權利要求I所述的多晶硅-金屬熱電偶塞貝克系數的在線測試結構，其特征在于所述熱電偶堆由多個多晶硅-金屬熱電偶串聯而成，每個多晶硅-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.根據權利要求I所述的多晶硅-金屬熱電偶塞貝克系數的在線測試結構，所述均熱板(102)由二氧化硅制成。
4.根據權利要求I所述的多晶硅-金屬熱電偶塞貝克系數的在線測試方法，其特征在于，包括以下步驟(1)測量室溫下第一多晶硅電阻(103)的阻值Rltl3oo,測量室溫下第二多晶硅電阻(105) 的阻值R105=O ；(2)對發熱電阻(101)施加直流電源使其發熱，同時檢測第一多晶硅電阻(103)的阻值變化，當第一多晶硅的阻值穩定時，記錄此時第一多晶硅的阻值Rici3t，測量此時第二多晶硅電阻(105)的阻值Rici5t，測量此時熱電偶堆的開路電壓VOTTn;(3)計算熱電偶堆的塞貝克系數as
5.根據權利要求4所述的多晶硅-金屬熱電偶塞貝克系數的在線測試方法，其特征在于，所述步驟(I)和步驟(2)中采用電阻表測量阻值。
6.根據權利要求4所述的多晶硅-金屬熱電偶塞貝克系數的在線測試方法，其特征在于，所述步驟(2)中采用高阻電壓表測量開路電壓。
全文摘要
本發明公開了一種多晶硅-金屬熱電偶塞貝克系數的在線測試結構，該技術利用兩個測溫電阻分別測量熱穩態時熱電偶冷、熱端的實際溫差，測量熱電偶堆的開路電壓，并通過簡單計算得到多晶硅-金屬熱電偶的塞貝克系數。本發明的測試結構的結構簡單，制作方便，采用普通的MEMS表面加工工藝即可得到，避免了復雜的懸空結構和體加工工藝，測量溫度為熱穩定時熱電偶堆的熱端與冷端的實際溫度值，不需要考慮輻射、對流等因素的影響，測試要求低，測試方法及測試參數值穩定，計算簡單可靠。
文檔編號G01K15/00GK102608153SQ201210005598
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月10日 優先權日2012年1月10日
發明者劉海韻, 周再發, 李偉華, 蔣明霞, 袁風良 申請人:東南大學