专利名称：多晶硅-金属热电偶塞贝克系数的在线测试结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种微机电系统中材料参数的在线测试技术，尤其涉及的是一种多晶硅-金属热电偶塞贝克系数的在线测试结构。
背景技术：
热电偶作为一种常见的热传感器，得到广泛地应用，该传感器有效地将热转变为电压。多晶硅、金属是微机电系统器件制造的基本材料，利用多晶硅-金属所形成的热电偶进行热传感是微机电系统(MEMS)中常用的传感技术。塞贝克(seebeck)系数是衡量热电偶传感灵敏度的重要参数，由形成热电偶的材料特性决定其大小。因为MEMS材料会受加工过程的影响而产生材料参数的变化，使得设计者需要了解具体工艺后材料参数的真实情况。对于热电偶而言，需要测量塞贝克系数的具体数值。由于参数与工艺相关的紧密性，所以，不离开加工环境并采用通用设备进行的在线测试成为参数测量的必要手段，也是对工艺重复性监控的必要措施。在线测试技术通常采用电学激励和电学测量的方法，通过电学量数值以及针对性的计算方法得到材料的物理参数。现有的多晶硅-金属热电偶塞贝克系数在线测试结构通常采用悬空结构，以避免辐射、对流以及传导对于有效温度的影响。这些测试结构较为复杂，工艺难度较大，而且热辐射等影响并不能完全消除，结构设计重点在于降低其对测试、计算的影响。
发明内容
发明目的本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种多晶硅-金属热电偶塞贝克系数的在线测试结构，利用两个测温电阻分别测量热稳态时热电偶冷、热端的实际温差，测量热电偶堆的开路电压，并通过简单计算得到多晶硅-金属热电偶的塞贝克系数。技术方案本发明是通过以下技术方案实现的，本发明的测试结构包括绝缘衬底、 发热电阻、第一多晶硅电阻、第二多晶硅电阻、均热板和热电偶堆；发热电阻和第二多晶硅电阻分别设置在绝缘衬底上，均热板包裹在发热电阻上，第一多晶硅电阻位于均热板之上， 热电偶堆的热端位于均热板上，冷端位于绝缘衬底上，发热电阻、第一多晶硅电阻、第二多晶硅电阻和热电偶堆的两端分别设有金属电极。所述热电偶堆由多个多晶硅-金属热电偶串联而成，每个多晶硅-金属热电偶包括多晶硅条和金属条，多晶硅条和金属条相连。所述均热板由二氧化硅制成，是具有较大热阻的绝缘材料，通过均热板将密集于发热电阻上的热场均匀到整个热电偶堆的热端区域。一种多晶硅-金属多晶硅-金属热电偶塞贝克系数的在线测试方法，包括以下步骤(I)测量室温下第一多晶硅电阻的阻值Rltl3oo,测量室温下第二多晶硅电阻的阻值R ≈105 ∞(2)对发热电阻施加直流电源使其发热，同时检测第一多晶硅电阻的阻值变化，当第一多晶硅的阻值稳定时，记录此时第一多晶硅的阻值Rici3t，测量此时第二多晶硅电阻的阻值Rici5t，测量此时热电偶堆的开路电压VOTTn ；(3)计算热电偶堆的塞贝克系数a s
权利要求
1.一种多晶硅-金属热电偶塞贝克系数的在线测试结构，其特征在于，包括绝缘衬底、 发热电阻(101)、第一多晶硅电阻(103)、第二多晶硅电阻(105)、均热板(102)和热电偶堆； 发热电阻(101)和第二多晶硅电阻(105)分别设置在绝缘衬底上，均热板(102)包裹在发热电阻(101)上，第一多晶硅电阻(103)位于均热板(102)之上，热电偶堆的热端位于均热板(102)上，冷端位于绝缘衬底上，发热电阻(101)、第一多晶硅电阻(103)、第二多晶硅电阻(105)和热电偶堆的两端分别设有金属电极(107)。
2.根据权利要求I所述的多晶硅-金属热电偶塞贝克系数的在线测试结构，其特征在于所述热电偶堆由多个多晶硅-金属热电偶串联而成，每个多晶硅-金属热电偶包括多晶硅条(104)和金属条(106)，多晶硅条(104)和金属条(106)相连。
3.根据权利要求I所述的多晶硅-金属热电偶塞贝克系数的在线测试结构，所述均热板(102)由二氧化硅制成。
4.根据权利要求I所述的多晶硅-金属热电偶塞贝克系数的在线测试方法，其特征在于，包括以下步骤(1)测量室温下第一多晶硅电阻(103)的阻值Rltl3oo,测量室温下第二多晶硅电阻(105) 的阻值R105=O ；(2)对发热电阻(101)施加直流电源使其发热，同时检测第一多晶硅电阻(103)的阻值变化，当第一多晶硅的阻值稳定时，记录此时第一多晶硅的阻值Rici3t，测量此时第二多晶硅电阻(105)的阻值Rici5t，测量此时热电偶堆的开路电压VOTTn;(3)计算热电偶堆的塞贝克系数as
5.根据权利要求4所述的多晶硅-金属热电偶塞贝克系数的在线测试方法，其特征在于，所述步骤(I)和步骤(2)中采用电阻表测量阻值。
6.根据权利要求4所述的多晶硅-金属热电偶塞贝克系数的在线测试方法，其特征在于，所述步骤(2)中采用高阻电压表测量开路电压。
全文摘要
本发明公开了一种多晶硅-金属热电偶塞贝克系数的在线测试结构，该技术利用两个测温电阻分别测量热稳态时热电偶冷、热端的实际温差，测量热电偶堆的开路电压，并通过简单计算得到多晶硅-金属热电偶的塞贝克系数。本发明的测试结构的结构简单，制作方便，采用普通的MEMS表面加工工艺即可得到，避免了复杂的悬空结构和体加工工艺，测量温度为热稳定时热电偶堆的热端与冷端的实际温度值，不需要考虑辐射、对流等因素的影响，测试要求低，测试方法及测试参数值稳定，计算简单可靠。
文档编号G01K15/00GK102608153SQ201210005598
公开日2012年7月25日 申请日期2012年1月10日 优先权日2012年1月10日
发明者刘海韵, 周再发, 李伟华, 蒋明霞, 袁风良 申请人:东南大学