探测器的设计

如第2节所述，热电堆探测器的性能取决于高差

在Seebeck系数和相对较低的导热系数的热电偶条。

传统的单层热电偶结构（SLTS）探测器在性能上存在缺陷

这两点。在此，SLT的热电偶条由N型或

P型多晶硅和铝。为了克服上述问题，我们提出了一种热电堆红外探测器

探测器采用双层热电偶结构。与单层热电偶相比

结构探测器，双层热电偶结构探测器保持高性能

在缩小尺寸的同时，与单层设备相比。同时，为了避免

通过对探针冷端和输出电极的过度释放，设计了一种新颖的刻蚀停止结构

在探测器中设计。

图3中，基于双层热电偶结构的探测器采用N型和

P型多晶硅作为热电偶材料，其中N型热电偶和P型热电偶

热电偶条位于最底层，并通过

铝线。在探测器的热连接处，连接了N型和P型热电偶

采用“爬式”铝结构，将N型和P型热电偶条相互连接

由一个“对角线”形的冷连接铝结构。热电偶的这种布置

实际上增加了探测器的占空比，减小了器件的横向尺寸

传统的四端梁式热电堆器件[6]。从表1可以看出

掺杂多晶硅材料的Seebeck系数远大于铝的Seebeck系数

导热系数低于铝。塞贝克系数的差异

计算了热电堆探测器的双层热电偶结构

与铝和N型或P型多晶硅的热电堆探测器差不多。与此同时，

铝的热导率远高于多晶硅。如式（9）所示，

双层热电偶结构（DLTS）的灵敏度是SLTS的两倍以上

设备。除此之外，根据等式（9），DLTS装置的结构尺寸可以进一步减小

通过减少长度和保持相对较高的灵敏度来缩小。电阻

铝也比多晶硅大得多。因此，热电堆的电阻

探测器基于双层热电偶布置，大约是

单层热电偶结构探测器。同时，对探测器的噪声电压进行了分析

双层热电偶结构约为单层结构两个的平方根

探测器，根据方程式（11）。双层热电偶结构的尺寸可以

在保持较高性能的同时进一步降低了成本。

微机械微机械2019，10，x 5/10

在保持相对稳定的前提下，可以进一步减小双层热电偶结构的尺寸

高性能。

图3。基于双层热电偶结构的热电堆红外探测器示意图。

表1.材料的理论热电性能[11,12]。

材料类型Al

N型多晶硅

（掺杂@3.64×1020 cm−3）

P型多晶硅

（掺杂@1.82×1020 cm−3）

塞贝克系数（μVK−1）−1.66−124.17 105.76

导热系数

（Wm−1K−1）

237 35 30

电阻率（μΩm）0.03 2.7 6.55

利用ansysworkbench14.0对探测器进行了建模和仿真。太阳的温度

冷结温度为22℃，辐射功率密度（φ0）为66.73w/m2，输出电极为

N型多晶硅的电势设为0v，可以看出模拟的多晶硅温度

热接点大致相同，平均