使用材料转移方法的未释放的红外传感器与流程

本发明一般地涉及红外传感器和制造的材料转移方法，且更具体地涉及未释放的热电堆红外传感器，其包括在升高温度下沉积的超薄材料和新隔热材料的组合。

背景技术：

热电堆是进行非接触式温度测量所常用的红外辐射(ir)检测器。例如，热电堆用于耳温计、接近传感器、热通量传感器等。热电堆由一系列电连接的热电偶对构成，每个对由塞贝克系数不同的异种导电材料或半导体材料构成。例如，n型多晶硅和p型多晶硅常用于常规热电堆。

通常，使每个热电偶的一端接触可操作以收集ir能量的膜，而另一端放置在支撑基板上。收集的ir能量会在热电偶上产生温度梯度，引起热电偶通过塞贝克效应产生输出电压。对于具有已知特性的热电偶，输出电压可以转换成温度值。

然而，由于热电偶的输出电压相对较小，所以已经做出诸多努力来提供能够最大限度地捕集膜内的热量并因此增强信号的设计和方法。这些努力包括使用真空包装、显著增加膜面积以及提供悬浮的(“释放的”)膜以提供热隔绝。例如，一种典型的方法包括使用低压化学气相沉积(lpcvd)方法在沉积牺牲层(例如，lpcvd或热生长硅氧化物层)之后将膜材料(例如，氮化硅、多晶硅)沉积到基板(例如，硅)上。随后通过经由蚀刻孔进行湿蚀刻来移除牺牲层，从而产生空腔，传感器悬浮在空腔上并由膜支撑。这种悬浮方法也可被称为“释放”膜。此外，因为来自膜的热量能够通过暴露的膜周围的空气而消散，所以可以在空腔内产生真空，以经由传导和对流来进一步减少热损失。

虽然这种传感器设计提供了所需的增强信号，但是为了形成悬浮的膜(在cmos工艺中通常需要八个或更多个掩模层)，非常大量的工艺步骤是必需的。这伴随着产量显著降低和制造时间及成本增加。此外，悬浮的膜易碎并且可能由于处理而易于撕裂和损坏，从而进一步导致产量降低和制造时间及成本增加。

虽然已经开发了非悬浮的(“未释放的”)热电堆ir传感器，但是它们由于所使用的能用于ir检测的隔热材料的低温范围而已承受了低品质因数(fom)。此外，所提出的可能提供增强灵敏度的材料由于它们在进行cmos的升高温度下的不稳定性而通常不是cmos兼容的。照此，悬浮的传感器和膜结构通常是实现提高灵敏度的标准。

所需的是克服热电堆ir传感器的制造过程的复杂性，从而减少制造时间及费用并提高产量。进一步所需的是提供在允许更不易受损害的更结构稳定的结构的同时仍然实现必需的增强信号的制造方法和传感器设计。

技术实现要素：

本发明的多个方面涉及一种未释放的热电堆红外传感器，包括：基板，具有底表面和顶表面；隔热材料，设置在所述基板的顶表面的至少一部分上，所述隔热材料具有底表面和顶表面；和超薄材料，设置在所述隔热材料的顶表面的至少一部分上；其中，所述隔热材料在高至450℃的温度下稳定，并且，其中，所述超薄材料选自厚度小于或等于200nm的一种或多种材料，并且通过需要高于450℃的升高温度的方法进行沉积。

在一些实施方式中，所述隔热材料选自派瑞林、苯并环丁烯(bcb)、非晶含氟聚合物、聚(甲基丙烯酸甲酯)、su-8光刻胶和其它聚合物。在一些实施方式中，所述超薄材料选自2d材料。在一些实施方式中，所述超薄材料选自由石墨烯、mos2、snse、黑磷(bp)、薄多晶硅、sige(硅锗)、ge(锗)、氮化硼(bn)、iii族～v族化合物半导体、ii族～vi族化合物半导体及它们的组合组成的组。在一些实施方式中，所述未释放的热电堆红外线传感器进一步包括第二超薄材料，所述第二超薄材料设置在所述隔热材料的顶表面的至少另一部分上。在一些实施方式中，所述基板选自在超过450℃的温度下不稳定的硅晶片、cmos晶片、印刷电路板或柔性基板。

根据另一方面，本发明涉及一种未释放的热电堆红外传感器，包括设置在基于2d材料的传感器和基板之间的派瑞林材料，，其中，所述派瑞林材料在高至450℃的温度下稳定，并且所述2d材料通过需要高于450℃的升高温度的方法进行沉积。

在一些实施方式中，所述基板选自在超过450℃的温度下不稳定的硅晶片、cmos晶片、印刷电路板或柔性基板。

根据另一方面，本发明涉及一种用于制造未释放的热电堆红外传感器的方法，包括：(a)通过提供具有底表面和顶表面的基板层，并且将隔热材料层沉积在所述基板层的顶表面的至少一部分上来形成基板组件；(b)通过提供具有底表面和顶表面的载体层，可选地将牺牲层沉积在所述载体层的顶表面的至少一部分上，将超薄材料层沉积在所述牺牲层的至少一部分上或沉积在或所述载体层的顶表面的至少一部分上，以及可选地将粘合层沉积在所述超薄材料上来形成载体组件；(c)通过使所述载体组件的超薄材料层或粘合层接触所述基板组件的隔热材料层，将所述载体组件堆叠在所述基板组件的顶部上；(d)将所述载体组件粘合到所述基板组件，以提供粘合的堆叠；(e)从粘合的堆叠中移除所述载体层和可选的牺牲层，以提供传感器晶片，所述传感器晶片包括所述基板层、在所述基板层的顶表面上的隔热材料层、在所述隔热材料层上的可选的粘合层以及在所述可选的粘合层上或在所述隔热材料层上的超薄材料层；和(f)使所述传感器晶片结构化，以提供未释放的热电堆红外传感器，其中，所述隔热材料层在高至450℃的温度下稳定，并且所述超薄材料层由厚度小于或等于200nm的一种或多种材料制成，并且通过需要高于450℃的升高温度的方法进行沉积。

根据一些实施方式，所述基板层包括在高于450℃的温度下不稳定的一种或多种材料。在一些实施方式中，所述基板层是在高于450℃的温度下不稳定的cmos晶片、印刷电路板(pcb)或柔性基板。在一些实施方式中，所述载体基板由硅制成。在一些实施方式中，所述载体基板由在沉积所述超薄材料层的条件下稳定的材料制成。在一些实施方式中，所述隔热材料层由选自由派瑞林、苯并环丁烯(bcb)、非晶含氟聚合物、聚(甲基丙烯酸甲酯)、su-8光刻胶和其它聚合物组成的组中的一种或多种材料制成。在一些实施方式中，所述超薄材料层由一种或多种2d材料制成。在一些实施方式中，所述超薄材料层由选自由石墨烯、mos2、snse、黑磷(bp)、薄多晶硅、sige(硅锗)、ge(锗)、氮化硼(bn)、iii族～v族化合物半导体、ii族～vi族化合物半导体及它们的组合组成的组中的一种或多种材料制成。在一些实施方式中，所述可选的粘合层由在高至450℃的温度下稳定的一种或多种聚合材料制成。在一些实施方式中，将所述载体组件粘合到所述基板组件的步骤通过使用聚合物粘合、低温直接粘合、熔融粘合和/或热压粘合来进行。在一些实施方式中，所述载体层和牺牲层通过选择性蚀刻所述牺牲层而从所述粘合的堆叠中移除。在一些实施方式中，在选择性蚀刻之前，进行晶片研磨处理，以移除所述载体晶片的大部分。

根据另一方面，本发明涉及一种用于制造未释放的热电堆红外传感器的方法，包括：(a)通过提供具有底表面和顶表面的基板层并且将隔热派瑞林材料层沉积在所述基板层的顶表面的至少一部分上来形成基板组件；(b)通过提供具有底表面和顶表面的载体层，将牺牲层沉积在所述载体层的顶表面的至少一部分上，将2d材料层沉积在所述牺牲层的至少一部分上，以及可选地将粘合层沉积在所述2d材料层上来形成载体组件；(c)通过使所述载体组件的2d材料层或粘合层接触所述基板组件的隔热派瑞林材料层，将所述载体组件堆叠在所述基板组件的顶部上；(d)将所述载体组件粘合到所述基板组件，以提供粘合的堆叠；(e)从粘合的堆叠中移除所述载体层和牺牲层，以提供传感器晶片，所述传感器晶片包括所述基板层、在所述基板层的顶表面上的隔热派瑞林材料层、在所述隔热派瑞林材料层上的可选的粘合层以及在所述可选的粘合层上或在所述隔热派瑞林材料层上的2d材料层；和(f)使所述传感器晶片结构化，以提供未释放的热电堆红外传感器，其中，所述隔热派瑞林材料层在高至450℃的温度下稳定。

本发明的其它方面、实施方式和优点对于本领域技术人员来说将是显而易见的。正如将认识到的，在不脱离本发明的情况下，本发明能够具有其它不同的实施方式。因此，以下描述以及所附的任何附图应被视为在本质上是说明性的而不是限制性的。

附图说明

附图被包括以提供对本发明的进一步理解，并且被引入并构成本说明书的一部分。附图示出了本发明的实施方式，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。附图中的组件不一定按比例绘制，而是将重点放在清楚地说明本发明的原理上。在附图中，每种相同的部件由相同的附图标记。为了清楚起见，每个组件可能不会在每个附图中标注出。在附图中：

图1a～图1g示出了根据本发明的一个实施方式的用于制造具有一种基于2d材料的传感器的ir传感器的方法。

图2a～图2g示出了根据本发明的另一个实施方式的用于制造具有两种基于2d材料的传感器的ir传感器的方法。

图3示出了根据本发明的一个实施方式的热电堆ir传感器的顶视图。

图4示出了图3的热电堆红外传感器在ir吸收之后的传感器温度分布图。

图5示出了根据本发明的一个实施方式的热电堆阵列的顶视图，其中，提供有四个图3热电堆ir传感器。

具体实施方式

根据本发明，提供了热电堆ir传感器和制造方法，其能够在消除对悬浮的膜结构(“释放的”膜)的需要的同时仍然提供增强的灵敏度。这种热电堆ir传感器更耐用，并且在制造时也不那么复杂、昂贵且耗时。本发明的热电堆ir传感器甚至被证明胜过基于多晶硅(“多-si”，poly-si)的现有tp传感器设计。

本发明通过使用与超薄材料组合的新隔热材料来实现这种性能。具体地，根据本发明的实施方式，热电堆ir传感器通过将这些新隔热材料设置在基于超薄材料的传感器与基板之间来形成。

根据本发明，“新隔热材料”(其也可被简称为“隔热材料”或“热隔绝材料”)是聚合材料，其具有与传统材料相比非常低的热导率，特别是小于约1w/mk的热导率，并且在升高温度，特别是高至约450℃的温度(即，升高温度低于450℃)下进一步稳定。这种隔热材料的实例包括但不限于：派瑞林(其包括所有形式的派瑞林，诸如派瑞林ht、派瑞林n、派瑞林c等，并且统称为“派瑞林”)、苯并环丁烯(bcb)、cytoptm(非晶含氟聚合物，其能够包括伯烷基膦(rph2)、仲烷基膦(r2ph)和叔烷基膦(r3p)，其中，r是直链、支链、环状的或者也能够是含有官能团的)、聚(甲基丙烯酸甲酯)和su-8光刻胶。

例如，派瑞林c的热导率为0.084w/mk，派瑞林ht的热导率为0.096w/mk，派瑞林n的热导率为0.126w/mk。这些值分别是二氧化硅(1.4w/mk)的几乎十七分之一、几乎十五分之一，和不足十一分之一。照此，使用本发明的派瑞林和其它类似的隔热材料增强热量在传感器内集中，而不是从传感器中消散。进一步地，新开发形式的派瑞林，特别是派瑞林ht，在高至450℃的升高温度下稳定。这使得派瑞林的使用与常用这种升高温度的标准方法相兼容。这与许多常规材料形成对比，这些材料在升高的温度下变得不稳定，使得它们不能为标准工艺(诸如cmos工艺)所用。

如本文所述，“超薄材料”包括厚度小于或等于200nm、优选小于或等于100nm的任何材料。根据本发明的实施方式，超薄材料的特征进一步在于它们在超过450℃的温度下制造和沉积。根据一些实施方式，超薄材料是二维(2d)材料。如本文所述，“2d材料”通常被理解为包括厚度相对于其总体尺寸非常小的材料。更具体地，2d材料被理解为是指厚度为几纳米或更小的材料，包括厚度为一个原子或几个原子的原子级薄的材料。2d材料的一些实例包括但不限于：石墨烯、mos2、硒化锡(snse)、黑磷(bp)、薄多晶硅(≤200nm)、sige(硅锗)、ge(锗)、氮化硼(bn)、iii族～v族化合物半导体(例如，氮化硼(bn)、磷化硼(bp)、砷化硼(bas)、氮化铝(aln)、磷化铝(alp)、砷化铝(alas)、锑化铝(alsb)、氮化镓(gan)、磷化镓(gap)、砷化镓(gaas)、锑化镓(gasb)、氮化铟(inn)、磷化铟(inp)、砷化铟(inas)、锑化铟(insb))和ii族～vi族化合物半导体(例如，硒化镉(cdse)、硫化镉(cds)、碲化镉(cdte)、氧化锌(zno)、硒化锌(znse)、硫化锌(zns)和碲化锌(znte))。使用这种材料有利地增加了红外传感器的检测能力。

最近，针对2d材料已报导了特殊的塞贝克系数。此外，2d材料提供优异的热电性能(例如，对于mos2，高至10⁵uvk^-1)。照此，通过使用2d材料能够产生与常规材料(诸如多晶硅，其提供约10²uvk^-1的热电性能)相比更多的热电功率。进一步地，通过使用根据本发明的实施方式的基于2d材料的传感器，能够省略真空包装和复杂的掺杂步骤，从而极大简化了制造过程。

然而，虽然使用基于超薄2d材料的传感器提供了许多优点，但是这种材料仍然导致吸收的ir光热快速消散到基板中，从而不能充分加热传感器。因此，在热电堆ir传感器中使用2d材料的结构仍然需要使用悬浮的(“释放的”)膜，以便使传感器的耗散最小化并增加灵敏度。

根据本发明，除了使用超薄材料(诸如2d材料)之外，还提供了新隔热材料。具体地，新隔热材料设置在基于超薄材料的传感器与基板之间，从而产生了基于超薄材料的传感器与基板的热隔绝。通过将具有非常低热导率的隔热材料与提供卓越的塞贝克系数和突出的热电性能的超薄材料组合，能够提供一种热电堆ir传感器，其中，为防止热量快速消散到基板中，不需要膜悬浮(“释放”)。照此，本发明的传感器允许充分加热，从而提供优异的灵敏度。

将超薄材料与新型隔热材料(诸如2d材料与派瑞林)组合的热电堆ir传感器的形成是非常困难的，迄今尚未实现。大多数超薄材料，诸如2d材料的生长通过使用化学气相沉积(cvd)进行。cvd是必须在高达700℃的温度下进行的工艺。由于派瑞林在该温度下变得不稳定，所以这种升高温度是严重的限制。进一步地，为形成传感器必须使超薄且2d的材料在其上生长的cmos晶片、印刷电路板(pcb)和大多数柔性基板同样受到允许的温度暴露所限制。具体地，这些材料通常在450℃的最高暴露温度下保持稳定。结果，超薄2d材料在这些材料上的生长是不可能的。

本发明通过提供允许形成包括具有升高温度限制的超薄材料和新隔热材料的结构的晶片转移技术来克服这些障碍。进一步地，本发明的技术能够在任何所需的基板材料(包括cmos晶片、pcb、柔性基板、常规基板材料和具有升高温度限制的材料)上提供超薄材料和隔热材料。

一般而言，本发明的方法将新隔热材料沉积在所需的基板材料(本文中也被称为基板晶片)上，并且将超薄材料分别沉积在载体基板(本文中也被称为载体晶片)上。照此，超薄材料能够在必需的升高温度下沉积，而不会使新隔热材料或者有新隔热材料沉积在其上的基板暴露于这种升高温度。随后，超薄材料沉积在其上的载体晶片被粘合到新隔热材料已沉积在其上的基板晶片。根据多种实施方式，使用派瑞林形成这种粘合。然而，可以使用任何常规的粘合技术，包括但不限于：低温直接粘合、熔融粘合、热压粘合和各种聚合物粘合技术。在粘合之后，使用选择性蚀刻或任何其它合适的机制能够移除载体晶片。此后，传感器材料能够根据需要进行结构化，以达到所需的最终用途。

现在参照附图的各个图，其中相同的附图标记表示相同的部件，图1a～图1g是制造包括一种2d材料层的热电偶的工艺的一个实例。在此实施方式中，隔热材料为派瑞林，超薄材料为2d材料，且粘合材料为派瑞林。然而，可以适当地使用任何其它隔热材料、超薄材料和粘合材料代替派瑞林和2d材料。

如图1a所示，提供具有底表面2和顶表面3的基板1。此基板1可以由任何常规的基板材料制成，包括在升高温度(诸如沉积超薄材料(诸如2d材料)的升高温度)下可能变得不稳定的材料。基板1的一些示例包括但不限于：cmos晶片、印刷电路板(pcb)、聚合物基板、柔性基板以及硅/锗/石英晶片。具体地，如所描绘的实施方式所示，在图1a中派瑞林4沉积在基板1的顶面3上。这种沉积能够使用任何常规方法进行。

如图1b所示，提供具有底表面6和顶表面7的单独的载体基板5。如图所示，牺牲层8可以首先设置在载体基板5的顶表面7上。这种牺牲层8是可选的，但是它可以使得载体基板5的后续移除更容易，并且还可以进一步用作保护层，例如，如果使用另一种蚀刻技术来移除载体基板(例如，drie或其它湿蚀刻技术)。然后，使2d材料9在牺牲层8上或直接在载体基板5顶表面7(如果不使用牺牲层8)上生长。在一些实施方式中，中间层(未示出)可以可选地设置在牺牲层8的下方，以获得更好的粘附性。在一些实施方式中，保护层(未示出)可以可选地设置在牺牲层8的顶部上，以保护2d材料免受牺牲层蚀刻步骤的影响。牺牲层8被标记为金属，因为在示例性实施方式中，牺牲层8是铜，将使用金属湿蚀刻将铜蚀刻掉，以移除载体晶片的载体基板5。在使用其它蚀刻技术(如drie)的情况下，牺牲层8可以形成为保护层，诸如sio2，其充当蚀刻停止层而不是牺牲层。在这样的实施方式中，此层需要在后续步骤中移除，以通过使用金属沉积来电连接2d材料层。根据本发明，载体基板5能够由硅或允许超薄材料9直接沉积或经由牺牲层8和/或中间层沉积在其上的任何其它常规材料形成。照此形成载体基板5的材料应当在进行这些层的沉积的所需条件下稳定。

接下来，如图1c所示，通过任何常规沉积方法将粘合层10沉积在2d材料层9的顶部上，以允许图1a和图1c的两个晶片/基板组件粘合在一起。此粘合层10可以是派瑞林、任何其它隔热材料或任何其它常规粘合材料，包括非晶且基于聚合物的粘合材料。只要总的派瑞林/粘合层厚到足以保证热隔绝，就对于用作粘合层10的材料的选择没有特别限制。在一些实施方式中，粘合层10未被提供，并且图1a的设置在基板1上的派瑞林4层用作粘合材料。

接下来，如图1d所示，图1a的派瑞林4层和图1c的粘合层10彼此接触，并且两个晶片堆叠粘合在一起。例如，如图1d所示，图1c中的载体晶片组件可以颠倒翻转并且堆叠在图1a的基板晶片组件的顶部上。当然，能够使用任何其它方法来提供图1a和图1c的堆叠布置的两个晶片组件，并且允许它们粘合在一起(例如，图1a的基板晶片组件能够颠倒翻转并堆叠在图1c中的载体晶片组件的顶部上、图1a和图1c的两个晶片组件能够并排堆叠在一起等)。能够使用各种粘合技术，包括但不限于：聚合物粘合、低温直接粘合和热压粘合。如所描绘的实施方式所示，图1a的派瑞林4层和图1c的粘合层10彼此接触并粘合在一起。这种粘合能够在升高的温度、施加压力和/或可能的o2等离子体处理下进行。或者，当未设置粘合层10时，图1a的派瑞林4层和图1c的2d材料9层彼此接触并通过施加压力而粘合在一起。

在粘合之后，载体晶片5通过使用选择性蚀刻或任何其它常规工艺移除，从而提供如图1e所示的传感器晶片结构。如图所示，这种结构包括：基板1；派瑞林4层，设置在基板1的顶面3上；另外的派瑞林10层，作为粘合材料(如果设置了粘合层10)；随后的2d材料9。例如，在一些实施方式中，使用例如金属、sio2或其它选择性蚀刻工艺，载体晶片5可以通过选择性蚀刻牺牲层8移除。此工艺将牺牲层8和所粘附的载体晶片5均移除。在一些实施方式中，在选择性蚀刻工艺之前，能够进行晶片研磨工艺等以移除大多数载体晶片。当然，如本领域技术人员将容易理解的，任何其它常规技术可替代地用于移除载体晶片5和牺牲层8(如果提供的话)。

在移除牺牲层8(如果包括的话)和载体晶片5之后，能够随后进行传感器晶片的结构化。例如，如图1f所示，派瑞林4、粘合层10(在此实施方式中为派瑞林)和2d材料9被结构化，2d材料9形成传感器，以提供与基板1的热连接。进一步地，进行电镀或金属溅射，以形成热柱(thermalstud)。具体地，能够进行溅射工艺，以将热电偶连接在一起，并且同时产生与载体基板1的热接触。对于一种2d材料的传感器，热电偶能够由2d材料9和溅射金属α2形成。虽然电镀可以使用，但是此工艺需要可能导致传感器短路的种子层。因此，金属溅射是优选的。然后，能够通过经由金属化将外部传感器部件与基板1热连接来获得传感器的冷接点。例如，能够进行金属溅射以沉积电连接2d材料9并形成热电偶的金属12。同时，这样建立了在2d材料9与基板1之间的热接触，从而在热电堆传感器处形成冷接点区域。

在所得结构中，金属12充当塞贝克系数材料。吸收体13被进一步沉积作为上层，以吸收ir辐射。吸收体13能够由任何常规材料(包括但不限于干涉材料和有机材料)制成，并且还能够根据常规的吸收体进一步调尺寸和结构化。

图2a～图2g描绘了本发明的另一个实施方式，其中制造工艺类似于图1a～图1g所示的工艺。图2a～图2g所描绘的实施方式的主要区别在于：此实施方式提供两种2d材料层的热电偶，而图1a～图1g提供一种2d材料层的热电偶。照此，在图2b中，第一2d材料29和第二2d材料30沉积在载体晶片25上，而不是沉积在如图1b所示的一个2d材料9上。第一2d材料29和第二2d材料30能够是例如两种不同的2d材料或超薄材料，其中，“不同的”2d材料或超薄材料意味着它们具有不同的塞贝克系数。图2a～图2g中其余工艺步骤可以与上面结合图1a～图1g所描述的那些类似或基本上相同。

具体地，如图2a所示，派瑞林24沉积在基板晶片20的顶表面23上。在图2b中，牺牲层28可以可选地沉积在载体晶片25的顶表面27上。随后，将第一2d材料29沉积在牺牲层28的一部分上(或者如果未提供牺牲层28，则直接沉积在载体晶片20上)，例如沉积在左侧上。同样的，第二2d材料30沉积在牺牲层的另一部分上(或者如果未提供牺牲层28，则直接沉积在载体晶片20上)，例如沉积在右侧。当然，本领域技术人员将理解，任何数量的2d材料的任何布置(除了图2a～图2g中具体示出的结构之外)可以基于所需的端部结构进行使用和确定。然后，如图2c所示，可选地将粘合层28(其可以是派瑞林、隔热材料或任何常规粘合材料)沉积在2d材料29、30的顶部上。此后，图2c中的载体晶片组件被颠倒翻转并堆叠在图2a中形成的基板晶片组件的顶部上(或者，如上面结合图2d所述，能够使用任何其它方法，以将图2a的基板晶片组件和图2c的载体晶片组件堆叠在一起)。然后，使用各种粘合技术将载体晶片组件和基板晶片组件粘合在一起，以提供图2d的结构。在粘合之后，载体晶片25通过使用选择性蚀刻或任何其它常规工艺移除，从而提供如图2e所示的传感器晶片结构。如图所示，传感器晶片结构包括：基板20；派瑞林24层，设置在基板20的顶面23上；另外的派瑞林40层，作为粘合材料；随后的2d材料29、30。

在移除牺牲层28(如果包括的话)和载体晶片25之后，能够随后进行图2e中所示的传感器晶片的结构化。例如，如图2f所示，派瑞林24、粘合层40和2d材料29、30被结构化，2d材料29、30形成传感器，以提供与基板1的热连接。进一步地，进行电镀或金属溅射，以形成热柱；然后，能够通过经由金属化将外部传感器部件与基板20热连接来获得传感器的冷接点。例如，能够进行金属溅射以沉积电连接2d材料29、30并形成热电偶的金属32。同时，这样建立了在2d材料29,30与基板20之间的热接触，从而在热电堆传感器处形成冷接点区域。吸收体33被进一步沉积作为上层，以吸收ir辐射。

图3描绘了根据本发明的实施方式的热电堆ir传感器的顶视图，其包括作为热电偶的两种2d材料层29、30，以及设置在2d材料层29、30和基板20之间作为隔离材料的派瑞林24(和可选的派瑞林40，当用作粘合材料时)。所描绘的热电堆ir传感器能够例如根据图2a～图2g所示的实施方式来制造。注意到，在该视图中未示出基板20，因为它位于派瑞林层29、30的正下方。

图4中进一步描绘了图3所示结构的温度分布图。具体地，该图示出了在ir光入射辐射时传感器内的热量分布。首先，ir光将被吸收层转化为热量。之后，热量散布在整个结构上。所描绘的是一种稳定的状态，并且正如所证明的那样，在开幕时间(curtaintime)之后，散热已经达到饱和。如图所示，大多数热量集中在传感器的中间，且在传感器中间和边缘之间存在温差。此温差与2d材料的塞贝克系数差异一起产生电压输出。一般而言，温差越大越好。

根据本发明的实施方式，热电堆ir传感器能够包括若干串联电连接的热电偶。还能够构建一组热电堆传感器。例如，多个热电偶100能够电连接，以提供诸如图5所示的热电堆阵列102。具体地，图5描绘了四个热电堆ir传感器的阵列，其可以是根据图3所示的实施方式排列成两排的传感器。当然，虽然热电堆阵列102被描绘为包括设置成两排的四个热电堆ir传感器，但是普通技术人员将会意识到，任何数量的热电堆ir传感器可被包括并且以任何所需的配置进行设置。

通过使用本发明的晶片/基板粘合方法，超薄材料能够在高至700℃以及制造各种晶片的允许温度范围的必要温度下生长，同时克服派瑞林和其它隔热材料的热不稳定性问题。本发明的晶片粘合方法还能够用于将热电堆传感器直接粘合在任何基板上，包括但不限于：硅晶片、cmos晶片、印刷电路板(pcb)和其它所需的柔性基板，它们可能甚至具有升高温度限制。柔性基板的一些实例包括但不限于：聚酰亚胺、peek(聚醚醚酮)和透明导电聚酯。这样的方法是有益的，因为具有450℃的最大允许温度的cmos晶片、pcb或柔性基板上集成cvd生长的材料有挑战的。本发明能够通过在必要的升高温度下在第一晶片上生长所需材料，随后将生长的材料粘合到cmos晶片pcb或柔性基板来制造这种结构，而不管温度的限制。再进一步，本发明的材料和方法允许使用更薄的基板，因此，对于需要传感器的机械灵活性的应用，现在能够实现这种结构。

此外，本发明提供了使用新型材料(诸如派瑞林)的隔热传感器的可能性，使得不必悬浮/释放膜以实现高灵敏度。结果，整个制造过程得以简化，并且所得到的结构对于随后的处理和包装步骤是非常鲁棒的。由于产品的更高产量和更简单的制造过程将使得成本降低。

本发明提供的方法和装置将在各种应用中，包括所有已知的热电偶阵列类型，尤其是在小型阵列应用、空调系统、汽车工业、消费电子、存在检测和运动检测、人头计数和可穿戴传感器中，会有很好的应用。

在不脱离本发明的范围或精神的情况下，能够对本发明的结构进行各种修改和变化，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。

鉴于上述情况，本发明旨在覆盖本发明的修改和变化，只要它们在所附权利要求及其等同物的范围内。