上海微系统所-CMOS-MEMS热电堆红外传感器

浅谈MEMS热电堆红外传感器
MEMS热电堆红外传感器是一种基于MEMS技术的红外传感器，利用热电效应来测量红
外辐射能量。

它具有体积小、响应速度快、功耗低等优点，因此在许多领域被广泛应用。

热电堆是MEMS热电堆红外传感器的核心部件，它由多个由热电材料构成的热电对组成。

当红外辐射照射到热电对上时，吸收的光能量会使得热电对产生温度差，进而产生电势差。

通过测量这个电势差，就可以得到照射物体的红外辐射能量。

MEMS热电堆红外传感器的热电对尺寸是微米级别的，因此可以制造成大规模的阵列，从而实现高分辨率的红外成像。

由于MEMS技术的发展，可以制造出高度集成的红外传感器，将前端的光学元件、MEMS热电堆和后端的信号处理电路集成在一片芯片上，从而降低成本，提高性能。

MEMS热电堆红外传感器在安防监控、工业自动化、环境监测等领域有着广泛的应用。

在安防监控领域，它可以用于夜视摄像机、入侵探测器等设备中，实现对目标的准确检测
和识别。

在工业自动化领域，它可以用于温度检测、火焰检测等应用，提高生产效率和安
全性。

在环境监测领域，它可以用于空气质量监测、温度湿度监测等应用，为环境保护提
供数据支持。

MEMS热电堆红外传感器也存在一些问题。

由于热电堆对温度变化非常敏感，所以在温度变化较大的环境下，传感器的性能可能会受到影响。

MEMS热电堆红外传感器的灵敏度和动态范围相对较低，无法满足一些高端应用的需求。

MEMS热电堆红外传感器在测量过程中也容易受到背景辐射的影响，需要通过设计和算法来进行补偿和消除。

浅谈MEMS热电堆红外传感器MEMS热电堆红外传感器是一种能够将红外辐射转化为电信号的传感器。

它利用红外辐射与物体之间的温度差异来产生热电效应，从而生成电压信号。

该传感器具有响应速度快、能耗低、体积小等特点，已在许多领域得到广泛应用。

MEMS热电堆红外传感器一般由热电堆和读取电路两部分组成。

热电堆是该传感器的核心部件，它是由多个红外吸收层和热电材料层交叉叠加而成。

当红外辐射射到热电堆上时，红外吸收层会吸收辐射能量并转化为热能，热能通过热电材料层的热传导作用传递到热电堆的冷端和热端，形成温度差。

热电材料层是由具有热电特性的材料构成，通过P型和N型材料的连接，形成了热电堆的热电电偶效应。

当温度差产生时，会形成热电场，从而产生热电势差，最终转化为电信号。

MEMS热电堆红外传感器具有很多优点。

由于采用了微机电制造技术，使得传感器的体积小、重量轻，适合于嵌入式设备和便携式设备的应用场景。

MEMS热电堆红外传感器响应速度快，可以在很短的时间内产生实时的红外辐射图像，适用于高速物体检测和移动目标追踪等应用。

MEMS热电堆红外传感器能耗低，工作电压一般为几毫伏，可以通过功率管理技术降低传感器的功耗，有利于延长设备的使用寿命。

MEMS热电堆红外传感器在多个领域得到了广泛应用。

一个典型的应用领域是夜视仪和红外非接触测温仪。

夜视仪通过检测夜间的红外辐射来实现夜视功能，而红外非接触测温仪通过探测物体的红外辐射来测量物体的温度。

MEMS热电堆红外传感器还可以应用于气体检测、环境监测等领域。

通过检测固定物体或者周围环境的红外辐射，可以实现对特定气体或者环境因素的监测和分析，有助于提高安全性和环境质量。

虽然MEMS热电堆红外传感器具有许多优点，但也存在一些局限性。

由于传感器的灵敏度与红外辐射的频率相关，所以在不同频率范围内，传感器的灵敏度可能会有所不同。

MEMS热电堆红外传感器对环境温度的要求较高。

如果环境温度变化较大，可能会对传感器的测量结果造成影响。

一种MEMS热电堆红外探测器的制备方法与流程1. 概述本文介绍了一种基于MEMS（微机电系统）技术的热电堆红外探测器的制备方法与流程。

热电堆红外探测器是一种能够将红外辐射转化为电信号的器件，具有广泛的应用前景，包括红外热像仪、红外传感器等领域。

本文重点阐述了该红外探测器的制备步骤，包括材料准备、微加工工艺、热电堆结构设计和制备过程。

通过优化制备方法与流程，可以提高红外探测器的性能和可靠性。

2. 材料准备2.1 硅基底选择适当材质的硅基底作为红外探测器的基础材料，通常选择单晶硅或多晶硅。

硅基底具有较好的热导率和机械性能，能够提供稳定的支撑结构。

2.2 热电材料选择适当的热电材料作为探测器的热电堆材料，常用的热电材料包括铋锑合金、铟锑合金等。

这些材料具有较高的热电效应，可以将热能转化为电能。

2.3 金属电极材料选择适当的金属电极材料作为热电堆的电极，常用的金属材料包括铝、金、银等。

金属电极具有良好的导电性能和稳定性，可以提供电信号的传输和连接。

3. 微加工工艺3.1 光刻工艺利用光刻技术在硅基底上制作图案，用于定义热电堆和电极的形状和尺寸。

通过选择适当的光刻胶和掩膜，可以实现高精度的图案转移。

3.2 刻蚀工艺利用刻蚀技术去除不需要的材料，以形成热电堆和电极的结构。

常用的刻蚀方法包括湿法刻蚀和干法刻蚀，可以根据具体需求选择合适的刻蚀工艺。

3.3 沉积工艺利用沉积技术在硅基底上沉积热电材料和金属电极。

常用的沉积方法包括物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD），可以实现材料的高质量沉积。

3.4 电性测试在微加工工艺的每个步骤之后，进行电性测试以评估器件的性能。

通过电性测试可以检测器件的导电性、热电效率等参数，验证器件的可靠性和稳定性。

4. 热电堆结构设计4.1 热电堆阵列设计热电堆的阵列结构，可以提高红外探测器的敏感度和空间分辨率。

常见的热电堆阵列包括一维和二维结构，可以根据应用需求选择合适的结构。

非制冷式红外探测器原理研究摘要：随着信息技术的发展，红外探测技术已经被广泛应用于军事、民用、科研等众多领域。

其中，非制冷红外焦平面探测器具有无需制冷、成本低、功耗小、重量轻、小型化、使用灵活方便等特点，是当前非制冷红外探测技术研究和应用的热点和重点。

自然界所有温度在绝对零度（-273℃）以上的物体都会发出红外辐射，红外图像传感器则将探测到的红外辐射转变为人眼可见的图像信息。

红外成像技术涵盖了红外光学、材料科学、电子学、机械工程技术、集成电路技术、图像处理算法等诸多技术，红外成像装置的核心为红外焦平面探测器。

非制冷红外焦平面探测器的工作原理是利用红外辐射的热效应，由红外吸收材料将红外辐射能转换成热能，引起敏感元件温度上升。

敏感元件的某个物理参数随之发生变化，再通过所设计的某种转换机制转换为电信号或可见光信号，以实现对物体的探测。

非制冷红外焦平面探测器分为五大类：热释电型、热电堆型、二极管型、热敏电阻型热电容型。

本文对前四种红外探测器的工作原理进行了详细阐述，并且对每种红外焦平面探测器的关键技术例如读出电路IC技术进行了详细探究，总结了不同类型探测器的优缺点。

关键词：红外探测技术；非制冷红外焦平面探测器；读出电路；敏感元件第一章绪论1.1研究背景及课题意义随着科学技术的飞速发展以及信息社会的到来，各行各业甚至人类日常生活对信息的获取需求与日俱增。

与制冷红外成像系统相比，非制冷红外成像系统可在室温工作，省掉了昂贵且笨重的制冷设备，从而大大减小了系统的体积、成本和功耗；此外还可提供更宽的地频谱响应和更长的工作时间。

国外机构已经为军事用户提供了大量成本低、可靠性更高的高灵敏非制冷红外成像仪。

同众多高新技术一样，红外技术也是由于军事的强烈需求牵引而得以迅速发展的。

红外成像系统可装备各类战术和战略武器，常用于红外预警、侦查、跟踪、导航、夜视、大地测绘和精确制导，是电子战、信息战中获取信息的主要技术之一。

与其他探测方式不同的是，红外探测属于被动探测系统，探测系统并不主动向目标发射探测信号，相反只是通过接受目标红外辐射来完成识别任务。

中科院上海微系统与信息技术研究所最新科技成果汇编1.项目名称: 12英寸大硅片研制成功1)成果简介：上海微系统所发起设立的上海新昇半导体科技有限公司采用直拉单晶法成功地拉制出第一根大产率的300 mm硅晶棒,并于11月亮相2016上海工博会，表明300毫米硅片研发线（产能1万片/月）贯通。

2)推广转化：对完善上海的硅材料布局、为我国深亚微米极大规模集成电路产业的发展奠定坚实的衬底基础，未来将有效地形成以硅产业投资公司为旗舰，新傲科技SOI晶圆材料、新昇半导体12英寸大硅片、若干海外控股或参股企业为成员的“航母编队”，在上海建设具有全球影响力的集成电路硅材料产业基地。

3)相关技术或产品/样品图片材料2.项目名称: 窄带物联网技术（NB-IoT）在智慧燃气中的应用研究----智能抄表实践与验证1)成果简介：为解决人工抄表入户难、工作效率低、及时性差等难题，研发了基于NB-IoT的智慧燃气终端模块和第三方检测平台，实现对燃气表具的计量数据实时采集，为建设大数据信息化的智慧燃气奠定了基础。

成果包含两个部分：（1）基于窄带物联网（NB-IoT）的智慧燃气终端模块（2）基于窄带物联网NB-IoT的燃气行业第三方检测平台。

与目前传输技术相比，本终端模块利用商用网络，实现低功耗数据上传，使用寿命可达10年以上（目前其他技术只有5~6年），达到国际先进水平。

3、国内首创，建立了燃气行业第三方检测平台，为上海智慧燃气表具的市场规范准入提供有效的、公平的检测手段。

该平台具有完全的自主知识产权，达到国际先进水平。

2)推广转化：从社会效益看，NB-IoT技术有望成为传统燃气行业智能化产业升级的重要抓手。

降低燃气表日常使用中的用电等成本，降低家庭燃气系统故障带来的风险，将会极大的提高人民群众在智能城市生活中所感受到的幸福感和便利性；而对于燃气企业而言，有助于燃气企业从传统公共事业部门转换角色，成为智能城市信息化时代的引领者，是确保燃气企业紧跟甚至引领智慧城市发展的重要一步。

浅谈MEMS热电堆红外传感器MEMS热电堆红外传感器是一种基于微机电系统（MEMS）技术的传感器，能够通过测量红外辐射进行温度测量和识别物体。

MEMS热电堆红外传感器的优点包括高灵敏度、高分辨率、快速响应速度、低功耗和易于集成等。

本文将对MEMS热电堆红外传感器的原理、结构、性能和应用进行介绍和分析。

MEMS热电堆红外传感器的原理基于热电效应，即热能和电能之间的相互转换。

当热电堆受到红外辐射时，热电堆的温度会升高，而热电堆中的热电偶则会产生微弱的电势差。

这个电势差可以被测量，从而确定物体的温度和位置。

MEMS热电堆红外传感器由两个主要部分组成：红外探测器和信号处理电路。

红外探测器使用MEMS技术制造，在探测窗口（也称为探测器区域）上放置一个薄膜热电堆，以便测量来自目标物的红外辐射。

信号处理电路用于放大和滤波从探测器接收到的信号，然后将其转换为数字信号，再由计算机进行分析和处理。

1. 高灵敏度：MEMS热电堆红外传感器具有高灵敏度，可以测量非常微弱的红外辐射，从而实现对低温物体的检测。

2. 高分辨率：MEMS热电堆红外传感器的分辨率通常在0.1°C左右，能够提供高质量的数据和图像。

3. 快速响应速度：MEMS热电堆红外传感器能够快速响应，通常在毫秒级别内完成数据采集和分析，能够应对高速物体的运动和温度变化。

4. 低功耗：MEMS热电堆红外传感器采用CMOS工艺制造，功耗非常低，可以通过微型电池供电，适用于移动应用和无线传输。

5. 易于集成：MEMS热电堆红外传感器具有微型化和集成化的特点，可以与其他MEMS设备和传感器进行集成，从而实现更复杂的功能和应用。

MEMS热电堆红外传感器可以广泛应用于各种领域，如医疗、安防、工业和军事等。

在医疗领域，MEMS热电堆红外传感器可以用于体表温度测量、病人监测和医疗设备控制等方面。

例如，在低温条件下对新生儿的体温进行监测，帮助护士和医生及时发现体温异常，从而采取有效措施。

浅谈MEMS热电堆红外传感器MEMS热电堆红外传感器是一种基于微机电系统(MEMS)技术的红外传感器，它利用热电堆原理来检测目标物体辐射的红外辐射，具有体积小、响应速度快、功耗低的特点。

本文将从MEMS热电堆红外传感器的工作原理、技术特点、应用领域等方面进行浅谈，希望能够为读者提供一些关于MEMS热电堆红外传感器方面的基础知识和应用前景。

一、工作原理MEMS热电堆红外传感器利用热电效应来实现红外辐射的探测。

其主要由红外辐射探测单元和信号处理单元两部分组成。

红外辐射探测单元通常由多个微型热电堆阵列组成，这些微型热电堆由微纳米加工工艺制成，并且被喷涂上红外辐射吸收涂层，用于吸收目标物体辐射的红外光能。

当被测物体的红外辐射照射到热电堆上时，热电堆吸收并转换为热能，产生温度差，从而产生热电流。

这一微小的热电流通过电极直接输出到信号处理单元。

信号处理单元通常由模拟前端电路和数字后端电路组成。

模拟前端电路负责放大和滤波热电堆产生的微小信号，并将其转换为数字信号；数字后端电路则负责对信号进行数字处理和解码，并最终输出数字化的红外图像。

MEMS热电堆红外传感器能够通过对微型热电堆产生的微小热电流进行处理，实现对目标物体辐射的红外图像的拍摄和分析。

二、技术特点1. 小型化：MEMS热电堆红外传感器采用微纳米加工技术，可以将红外辐射探测单元制作成微小的尺寸，体积小、重量轻，便于集成到各种便携式设备中，如智能手机、智能家居设备等。

2. 响应速度快：由于MEMS热电堆红外传感器采用微小热电堆进行红外辐射探测，其响应速度比传统红外传感器更快，能够实时捕获目标物体的红外图像，适用于快速移动目标的监测和识别。

3. 低功耗：MEMS热电堆红外传感器采用微型热电堆作为传感器元件，热电堆本身无需外部电源激励，只需要微小的热能输入就能产生微小的热电流，因此功耗较低，适用于便携式设备和长时间连续工作的场景。

4. 高灵敏度：由于采用了微纳米加工技术和红外辐射吸收涂层技术，MEMS热电堆红外传感器具有较高的灵敏度和分辨率，能够对微弱的红外辐射进行探测和测量。

浅谈MEMS热电堆红外传感器MEMS热电堆红外传感器是一种利用红外辐射与物体的热量差异来测量其温度和进行红外成像的传感器。

它具有结构简单、功耗低、响应速度快、成本低廉等特点，因此在军事、工业、医疗、消费电子等领域得到了广泛的应用。

本文将从MEMS热电堆红外传感器的原理、工作原理、应用领域等方面进行浅谈。

MEMS热电堆红外传感器采用了微机电系统（MEMS）技术，将传统的热电堆传感器与MEMS 技术相结合，从而大大提高了传感器的灵敏度、响应速度和稳定性。

在MEMS热电堆红外传感器中，热影像传感器阵列是通过微电子加工技术制备的红外辐射探测器。

它能够将被探测物体辐射的红外光信号转换成电信号，从而实现对被探测物体的红外热像的采集和分析。

MEMS热电堆红外传感器的工作原理是基于物体的热辐射特性。

当被探测物体的温度与周围环境温度不就会向外发射红外辐射。

传感器的热影像探测器阵列会接收到这些红外辐射，并将其转化为电信号。

然后通过信号处理模块，可以得到被探测物体的红外热像，从而实现对其温度分布的检测和分析。

MEMS热电堆红外传感器具有许多优点。

它具有高分辨率和高灵敏度，能够在不同环境条件下快速、准确地获取被探测物体的红外热像。

它的结构简单，体积小，重量轻，可以方便地集成到各种设备中，适用范围广泛。

由于采用了MEMS技术，制造成本低，功耗低，可以大规模生产，因此成本较低。

由于其响应速度快，适用于快速移动的物体的检测和追踪。

MEMS热电堆红外传感器在军事、安防、工业监测、医疗诊断、消费电子等领域得到了广泛应用。

在军事领域，通过红外成像技术，可以实现夜视和目标探测，对隐蔽目标进行监测。

在安防领域，可以用于入侵报警、火灾监测、智能门禁等方面。

在工业监测中，可以用于设备运行状态的实时监测和故障诊断。

在医疗诊断方面，可以进行体温测量、临床诊断等。

在消费电子领域，也可以应用于智能手机、平板电脑等产品中，用于拍摄红外照片、体温检测等功能。

浅谈MEMS热电堆红外传感器MEMS热电堆红外传感器是一种基于微型热电堆技术的红外传感器。

它利用热电效应将红外辐射转化为电信号，从而实现对红外光的检测和测量。

与传统的红外传感器相比，MEMS热电堆红外传感器具有体积小、响应速度快、功耗低等优势，因此在军事、工业、安防和消费电子等领域有着广泛的应用。

MEMS热电堆红外传感器的工作原理是利用热电效应来测量红外辐射。

热电效应是指当两个不同金属的接触点处于温度梯度下时，会产生电压差或电流。

在热电堆传感器中，通过在芯片上集成一系列微型热电偶将红外辐射转化为温度差，然后通过电路将其转化为电压信号，最后进行放大和处理，得到红外辐射的强度和分布。

MEMS热电堆红外传感器的核心部件是微型热电堆阵列。

该阵列由多个微型热电偶组成，每个热电偶由不同金属薄膜层组成，具有不同的电导率和热导率。

当红外辐射照射到热电堆上时，不同金属薄膜层的温度发生差异，从而在热电偶之间产生电势差。

这个电势差随着红外辐射的变化而变化，最终被转化为电压信号输出。

MEMS热电堆红外传感器具有以下几个特点。

体积小。

由于采用了微型化的热电堆阵列，整个传感器的体积大大减小，可以方便地集成到各种设备中。

响应速度快。

MEMS热电堆红外传感器可以实时检测并响应红外辐射，具有很高的灵敏度和快速的响应速度。

功耗低。

由于采用了微型化的热电结构和电路设计，在保证性能的同时功耗较低，延长了电池使用寿命。

成本低。

MEMS热电堆红外传感器采用了集成化的制造工艺，生产成本相对较低，便于大规模应用。

MEMS热电堆红外传感器在军事领域有着广泛的应用。

在夜视仪、导弹制导、激光警告系统等装备中，MEMS热电堆红外传感器可以用来实时监测敌方的红外辐射信号，从而提供准确的目标捕捉和跟踪。

在工业和安防领域，MEMS热电堆红外传感器可以用来检测火焰、气体泄漏等危险情况，实现火灾预警和防范。

在消费电子领域，MEMS热电堆红外传感器可以用于智能手机的面部解锁、手势识别、体温测量等功能，提供更加智能化和便捷的用户体验。