专利名称：具有降低的象素间的寄生热耦合的热释传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括多个设置在基体上的象素的热释传感器，每个象素由薄的热电物质层，第一电极和第二电极构成，第一电极的几何形状限定了象素的形状，这些第一和第二电极分别设置在该热电物质层的两个侧面上。
在一个特别是由硅制成的基体上通过类似于半导体技术的方法沉积一薄的热电物质层来批量生产热释传感器的技术是相对近的事情。这样的技术使得相对便宜的热释传感器能够大量地被工业制造而获得。这些传感器可以特别地用于气体光谱测定和热成象。
在这些传感器的第一个发展中，所属技术领域的普通技术人员力求最小化生产成本，同时保证所生产的传感器是高质量的。影响该传感器效率的一个因素涉及了象素间，更具体地说是相邻象素间的热耦合。为了获得上述的两个目标，如
图1和2所示的传感器是由申请人最先制造的。图1示出了一个传感器的两个象素，该传感器由类似于图2中的顶部视图的线性象素网络构成。
传感器2由具有厚度较小的顶部薄膜6和硅底板8的基体构成，其中凹槽10至少在象素12下面被微加工而成，象素12由其自己的上电极14构成。在薄膜6上形成有一个粘合剂层16，在该粘合剂层的上表面上设置一所有的象素共用的下电极18。为了避免微加工导电层18的步骤，该导电层18是在传感器2的整个表面上连续的。在公共电极18和自身的电极14之间设置了一薄的热电物质层20。该层20被微加工使得象素彼此间热绝缘。这样凹槽22形成在线性网络的象素之间，在从上面看时，这些凹槽具有矩形型面。将注意到，电极14连接到接触极板24上，因此可以提供基本电信号。
本发明的第一个目标是降低象素间的热耦合。第二个目标是降低热释传感器的薄层的生产成本。第三个目标在于在上述的两个目标之间找到一个最优化，即获得一个具有高分辨率的象素和相对低的生产成本的传感器。
根据权利要求1的主题可以获得上述目标。
在后面使用所附的参照附图进行的说明书，该说明书给出了非限定实施例，将解释本发明并且描述其优点，附图包括图1和2，已经描述过了，分别是首先由申请人开发的热释传感器的顶部视图和相应的局部截面视图；和图3和4是根据本发明的传感器的实施例的顶部视图和相应的局部截面视图。
发明者已经指出下电极18对于图1和2示出的传感器2的所有象素是共用的，同时下电极的厚度很小，但该电极18产生了不可忽略的热耦合。为了除去这个通过研究已经弄明白的缺陷，发明者改进了图1和2描述的传感器，即通过使下电极结构化；即通过形成属于象素的下电极。最好，这些下电极与该传感器的其它下电极没有任何金属连接，或者如图4所示的传感器的情况，它们仅仅由截面较小并且较长的金属通道，被连接到其它下电极上，在下面将对此进行描述。“相对较小的截面”意味着截面显著地小于沿与图2和4中示出的象素排所限定的方向相垂直的方向的一个象素的电极截面。
在发明者的研究范围内，发明者为了降低象素的介电常数和因此增加象素效率，设置了多孔的热电物质层。在下面的两篇文章中公开了这个分析结果“High figure-of-merit porous Pb1-xCaxTiO3thin films forpyroelectric applications”，A，Siefert and all，Appied PhysicsLetters，vol72，No19，May1998；“Microstructural evolution of dense and pores pyroelectricPb1-xCaxTiO3thin films”，A Seifert and all，Jounal of MaterialsResearch，vol.14，No5，May1999。
在这些文件中所述的增长的方法在于多孔层的特别的增加的沉积。这样的沉积是缓慢的并且成本相对较高。此外，它们还限定为限制数目的能够以多孔形式被沉积的材料。
因此对于热电物质层使用薄的多孔层已经证明对于由此生产的传感器的性能来说特别有优势。在本发明的范围内，指出了这样的多孔层限定了相对于先前的沉积的紧密层来说的热导电性。另一方面，微加工这样的层是困难的工作，这样的操作难于蚀刻这样的多孔层。在与多孔的热电物质层相关的研究范围内，发明者已经分析了图3和4示出的传感器的性能，这样的传感器具有连续均匀的多孔的热电物质层，即该多孔的热电物质层没有如图2中所示被微加工以获得凹槽。所进行的测试的结果表明这种传感器具有高的象素分辨率，即象素间的热耦合较低。当下电极和上电极被结构化时，这个热耦合的水平保持在一个完全合适的值。
为一个传感器提供一个未结构化的热电物质层的事实，可以通过除去生产步骤，特别是上述的难于实施的步骤，降低了传感器的成本价格。在图3和4中所示的传感器是由具有没有微加工空腔或者具有如上述所公开的释放装置的硅基体形成。在该基体的上表面上，形成一个气凝胶层32，在该气凝胶层上沉积平面化层34，假定该气凝胶层具有一定的粗糙度。在层34上设置下电极28。然后，传感器包括一个连续的多孔的热电物质层20A，即所有象素共用的并且在象素间未微加工的层20A。最后在这个层20A上设置上电极14。因为图3和4的实施例基本上由不需要任何特别的微加工的连续的层形成，所以特别有优势。事实上，只有具有其导电通道的上电极和下电极和提供的接触极板被结构化，并且因此需要通过照像极板印刷法和常规的湿或者干蚀刻步骤进行微加工。该气凝胶层具有使基体8A的象素12A热绝缘的性能。在美国专利说明书5949071中特别公开了这样的气凝胶层的使用。
上电极14连接到单个的接触极板上，该接触极板交替设置在象素排的两个侧面上。上电极28间通过导电通道38连接，如图4中的虚线所示。这些通道的截面较小，并且使得它们的结构基本上没有象素间的热耦合。
最后，在此处所述的研究和开发的范围内，发明者使用了比先前文件中公开的沉积方法更有优势的用于多孔的热电物质层的沉积方法，其中先前文件中的该沉积通过缓慢的昂贵的层的生长来实施，限定了可使用的材料，因此设计出通过结合了至少一个在原料溶液中可溶解的聚和物的液相化学沉积物来沉积一多孔的热电物质层。下面描述的这样的沉积方法，可以大幅度降低传感器成本价格。液相化学沉积方法被用于实施热释传感器，在一可替换实施例中，该方法包括如下步骤合成一种以摩尔浓度为大约0.4的汀氧基金属为基的溶胶-凝胶溶液；二羟基聚乙烯氧化物聚合体在汀氧基金属溶液中的分解，特别是单位重量的1.5-10％；在基体和下电极上，对含有通过特别是每分钟3000转的旋转涂装旋转40秒而溶解的聚合体的汀氧基金属溶液进行沉积；首先在大约350℃下热处理，以便分解该汀氧基金属溶液中的有机成份并且除去聚合体；然后在650-700℃进行热处理，以便将热分解的汀氧基金属层转换为热电陶瓷材料并且通过除去聚合体增加先前获得的孔隙率。
可以多次重复最后两个步骤，以便获得更厚的层。在原料溶液中溶解的聚合体的分子量设定在1000-4600，以便获得所期望的孔隙率。通过除去聚合体，第一次的热处理使得所获得的孔隙率可以在第二次热处理期间被增加。单位体积的孔隙率大约在15-35％。
将注意到，在所生产的薄片上的沉积不仅可以通过离心实施，还可以通过本领域普通技术人员熟知的其它技术，特别是浸渍涂装或者喷涂进行。因此获得了，多孔的热电物质层均匀覆盖基体和下电极，至少覆盖由多个象素限定的区域，该象素形成了根据本发明的传感器。
根据给出的教义，本领域普通技术人员将可以使用其它原料溶液和其它聚合体设计类似的沉积方法，以便获得等价物或者与这里所述类似的结果。
权利要求
1.热释传感器，它包括多个设置在基体(4)上的象素(12A，12B)，每个象素由薄的热电物质层(20A)，热电物质层自己的第一电极(14，8A)和第二电极(28)构成，该自己的第一电极在所述的层的一个表面上设置，该自己的第二电极在另外一个表面上设置，所述的第二电极与另外的第二电极没有金属连接，或者仅仅通过截面较小的金属通道与另外的第二电极通道连接，其特征在于，所述的热电物质层在共同的传感器的象素间为多孔的且连续的。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述的热电物质层至少在所述的多个象素限定的区域中均匀覆盖该基体。
3.根据权利要求1或者2所述的传感器，其特征在于，所述的基体没有被微加工，并且具有带象素的中间层(32)，该中间层由在所述的象素和基体之间形成热绝缘的气凝胶构成。
4.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述的中间层覆盖有平面化层。
5.根据权利要求1-4任一项所述的传感器，其特征在于，多孔的热电物质层通过凝胶-溶胶方法被沉积，该方法引入一种可溶解于原料溶液中的聚合体，所述的聚合体在该层的沉积之后在至少一次热处理期间被除去。
6.根据权利要求5所述的传感器，其特征在于，所述的溶液为汀氧基金属溶液，并且所述的聚合体为分子量在1000-46000之间的二羟基聚乙烯氧化物。
7.根据权利要求1-6任一项所述的传感器，其特征在于，该热电物质层单位体积的孔隙率在大约15-35％之间。
全文摘要
热释传感器包括多个象素(12A)，每个象素由薄的热电物质层(20A)和设置在所述的层两个侧面上的第一和第二电极(14，28)构成。下电极(28)被结构化，即它们被微加工成形成属于象素的电极以便降低在象素间寄生的热耦合。该热电物质层是多孔的。根据本发明的优选实施例，该多孔的热电物质层是连续的并且均匀地沉积在传感器的基体上。该多孔层具有降低的热传导性，因此可以不用微加工在电极间的热电物质层就可以获得具有高分辨率的传感器。
文档编号G01J1/02GK1446313SQ01813782
公开日2003年10月1日 申请日期2001年7月6日 优先权日2000年8月4日
发明者A·赛菲尔特, P·穆拉尔特 申请人:洛桑生态综合技术联合公司