热传感器和用于制造热传感器的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及热传感器以及用于制造热传感器的方法。本发明尤其涉及用于在第一和第二输出端之间提供依赖于温度的输出信号的热传感器。
【背景技术】
[0002]热二极管或热电偶例如作为用于探测热辐射的传感器元件已知。在此，将如下二维阵列用于成像探测器系统，在所述二维阵列中这种用于热辐射的探测器被布置在由多个行和列构成的矩阵中。
[0003]出版物US5,554,849 A公开了由用于红外辐射的二维检测的热二极管构成的阵列。此外，从出版物US 4,558,342 A中已知如下探测器阵列，所述探测器阵列将热电偶用作探测器元件。为了提高探测器电压，多个热电偶连续地被连接到所谓的热电堆(Thermopiles)ο
[0004]在使用成像阵列中的热二极管时可以构成矩阵，其中各个像素能够通过将合适的电压施加在行或者列线上被寻址。为了分析相应的像素以及为了检测二极管上的温度，二极管在此必须主动地被通电。在此，在很多应用情况中，为了提高分辨率，每个像素多个这种热二极管连续地被连接。
[0005]而热电偶具有以下优点:所述热电偶由通过热辐射形成的温度差异直接产生电压。因此，与热二极管相比不需要对各个传感器元件主动地通电。然而，为了分析传感器阵列的各个像素，必须针对每个像素将热电偶的两个连接端子与分析电路连接。
[0006]因此存在对如下热电偶的需求，所述热电偶能够实现低成本地构建大的传感器阵列。此外，存在对具有被改善的信噪比的热电偶的需求。此外，存在对能够被低成本地制造的热电偶的需求。
【发明内容】
[0007]根据第一方面，本发明创建用于在第一和第二输出端之间提供依赖于温度的输出信号的热传感器，所述热传感器具有场效应晶体管，所述场效应晶体管具有栅极连接端子、源极连接端子和漏极连接端子;所述热传感器具有二极管，所述二极管以一个连接点与场效应晶体管的漏极连接端子连接并且以另一连接点与热传感器的第一输出端连接;并且所述热传感器具有热电发生器，所述热电发生器被设计用于在第一和第二连接点之间提供依赖于温度的电压，其中热电发生器的第一连接点与场效应晶体管的栅极连接端子连接并且热电发生器的第二连接点与场效应晶体管的源极连接端子以及热传感器的第二输出端连接。
[0008]根据另一方面，本发明创建用于制造热传感器的方法，所述热传感器在第一和第二输出端之间提供依赖于温度的输出信号，具有如下步骤:提供场效应晶体管，所述场效应晶体管具有栅极连接端子、源极连接端子和漏极连接端子;提供二极管;提供热电发生器，所述热电发生器被设计用于在热电发生器的第一和第二连接点之间提供依赖于温度的电压;将二极管的一个连接点与场效应晶体管的漏极连接端子连接;将二极管的另一连接点与热传感器的第一输出端连接;将热电发生器的第一连接点与场效应晶体管的栅极连接端子连接；以及将热电发生器的第二连接点与场效应晶体管的源极连接端子以及热传感器的第二输出端连接。
[0009]本发明的优点
本发明所基于的构思是由热电发生器、诸如热电偶以及场效应晶体管和二极管的组合构成的热传感器。在此，场效应晶体管的栅极电位由热电发生器提供，由此场效应晶体管放大热电发生器的依赖于温度的输出信号。场效应晶体管又与p-n 二极管串联，所述二极管能够实现在一个方向上的电流流动，而所述二极管阻断在相反的方向上的电流流动。
[0010]通过场效应晶体管对热电发生器的热电压的放大能够实现与如通过纯的热电发生器或者其它依赖于温度的构件在没有放大的情况下能够获得的输出信号相比显著更高的输出信号。
[0011]通过二极管与场效应晶体管的串联可以在纯无源矩阵中操控热传感器。这种矩阵中的各个热传感器可以与由热二极管构成的传感器阵列类似地被寻址。与具有热二极管的阵列相比，可以在此通过根据本发明的热传感器产生具有显著改善的信噪比的输出信号。
[0012]通过单独地寻址矩阵中的各个热传感器的可能性，通过根据本发明的热传感器除此之外可以有效地、节省空间地以及因此也低成本地构成二维的传感器阵列。与传统的热电偶相比，在此不必分别将每个单个的传感器元件的两个连接端子单独地与分析电路接触。
[0013]根据另一种实施方式，热电发生器包括热电偶，所述热电偶具有由具有不同塞贝克(Seebeck)系数的材料构成的至少两个印制导线。基于塞贝克效应的热电发生器表示为操控场效应晶体管的栅极连接端子提供所需的电位的有效的可能性。
[0014]根据一种特殊的实施方式，热电发生器包括具有多个热电偶的热电堆。通过多个热电偶的串联，热电发生器的电压信号可以进一步被提高并且因此场效应晶体管特别良好地被操控。
[0015]在另一种实施方式中，至少场效应晶体管和热电发生器的第一和第二连接点被布置在共同的衬底上。在共同的衬底上场效应晶体管与热电发生器的连接点的组合能够实现热传感器的节省空间的构造。
[0016]在另一种实施方式中，场效应晶体管、热电发生器的第一和第二连接点和二极管被布置在共同的衬底上。由此可以特别有效地制造热传感器。
[0017]本发明此外包括具有多个热传感器的传感器阵列，其中多个热传感器被布置在由行和列构成的矩阵中，并且多个热传感器中的每个热传感器能够被单独地寻址。因此可以实现用于热辐射的传感器阵列，所述传感器阵列利用各个热传感器的优点，在所述传感器阵列中矩阵的热传感器能够被单独地寻址并且所述传感器阵列在小的空间上提供具有高动态以及低信噪比的输出信号。
[0018]本发明此外包括具有之前所提到的传感器阵列的摄像机。这种摄像机例如可以被用于温度记录应用或者被用于夜视设备中。
【附图说明】
[0019]本发明的另外的实施方式和优点由随后的结合附图的详细的描述得出。
[0020]图1示出根据本发明的一种实施方式的热传感器的电路图的示意图；
图2示出根据本发明的另一种实施方式的热传感器的俯视图的示意图；
图3示出根据本发明的一种实施方式的传感器阵列的示意图；以及
图4示出基于本发明的另一种实施方式的用于制造热传感器的方法的示意图。
【具体实施方式】
[0021]图1示出热传感器1的一种可能的实施方式的电路图。热传感器1包括热电发生器
10、场效应晶体管(FET)20和二极管30。热传感器1此外包括两个输出端A和B。热传感器1在这两个输出端A和B之间提供依赖于温度的输出信号U_temp。为此，热传感器1从外部源(未示出)主动地通电。输出端A和B之间的在此形成的电压降U_temp依赖于温度差，所述温度差存在于热电发生器10之上。
[0022]热电发生器10例如是如下器件，所述器件根据两个连接点之间的温度输出电压。例如，热电发生器10可以是热电偶(Thermocouple)。这种热电偶例如可以由两个印制导线制造，所述两个印制导线由两种具有不同的塞贝克系数的材料构成。为此，例如铝和P型硅或者还有η型硅和p型硅适合作为材料组合。除此之外，同样能够设想另外的材料组合。如果这种具有由两种具有不同的塞贝克系数的材料构成的至少两个印制导线的热电偶从热沉被引导到热源，则在热电偶的两个连接点之间形成电压差。该电压差可以被用于操控FET
20。除此之外，所有其它类型的热电发生器同样是可能的，所述热电发生器根据温度或者温度差输出所定义的电压。
[0023]FET 20包括源极连接端子S、漏极连接端子D和栅极连接端子G。热电发生器10在此以一个连接点与FET 20的栅极连接端子G连接。从该连接点出发，热电发生器10经由热传感器1的输出端Β处的连接端子进一步通向FET 20的源极连接端子SJET 20的漏极连接端子D此外与二极管30的一个连接点连接。二极管30的另一连接点与热传感器1的另一输出端Α处的连接点连接。
[0024]热电发生器10现在在FET 20的源极连接端子S和栅极连接端子G之间产生电压差，所述电压差依赖于热电发生器10处的热源和热沉之间的温度差。在所示出的示例中，这大致是FET 20和热传感器的连接端子B处的温度之间的温度差。为了提高电压差，除此之外可以实现所谓的热电堆，在所述热电堆的情况下多个热电偶(Thermocoup 1 e s )被串联。在这种情况下，热电堆的每个热电偶必须被布置在热源和热沉之间。
[0025]图2根据按照图1的电路图示出热传感器1的俯视图AET20和二极管30在此被布置在共同的衬底2上。此外也可能的是，FET 20和二极管30被布置在不同的衬底上，或者器件中的至少一个也被实施为分立器件。衬底2例如可以是微机械上被隔离的硅岛。该硅岛可以通过薄的保持元件13、43被悬挂。同时也可以通过这些