专利名称：一种半导体温差传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种半导体温差传感器，特别是用于测量微小温差信号的半导体温差传感器。
目前，能够用于检测温差的半导体温差传感器有许多种，如有用半导体热敏电阻(如TX-A型，北京玻璃研究所制造)或铂电阻(如RT100型)及其它元器件组成的有源或无源的桥式电路；热电偶也可作半导体温差传感器。这些半导体温差传感器在大部分领域都得到了很好的应用，并且也是很有效的。但是，在某些应用领域(如用于补偿式微量热计)，这些传感器均有不尽如人意的地方热敏电阻只能感测到单点温差，而且必须使用两只热敏电阻，将他们接入电桥电路的两对臂上，将其中一只置于被测对象内，另一只置于基准对象内，方可实现温差检测；热电偶安装工艺复杂，一般人很难将其一次装焊成功，而且它也属于感测点温差的范畴，无非是多点而已。由于真实体系中往往存在着不同程度的温度梯度，因此以上传统的半导体温差传感器不太适合作测量两个真实体系间的温差，即使能使用，精度也受到限制。
本实用新型的目的是提供一种能够方便地用于测量两个真实体系间微小温差信号的半导体温差传感器，以克服现有技术的不足之处。
为了达到上述目的，本实用新型是这样实现的两个陶瓷膜的外侧各复合有一层导热膜，陶瓷膜的内表面固定有导流片，依次串联的半导体温差电元件分别与相应的导流片固定连接。
本实用新型使用时，两个陶瓷膜的外侧分别置于环境与被测单元中，感应环境与被测单元的温差，因此要求陶瓷膜必须具有良好的导热性能。本实用新型通过在陶瓷膜的外表面复合一层导热膜，所述的导热膜是由导热性能良好的材料制成，金属或非金属材料均可，一般金属材料的导热性能好，金属对料如银、铜、铝或锡等。若为金属材料，可通过蒸镀或溅射于陶瓷膜上。陶瓷膜可采用氧化铝陶瓷膜，其厚度为0.2-0.5mm。半导体温差电元件为一对串联的P型半导体与N型半导体，P型半导体材料的温差电动势为正值，而N型半导体的温差电动势为负值，本实用新型所用的P型半导体与N型半导体的温差电动势的绝对值需大于160μV/℃，如P型半导体为Bi2Te3-Sb2Te3或ZnSb，N型半导体为Bi2Te3-Bi2Se3、PbTe-PbSe、Bi2Se3、Bi2Te3、PbSe、CoSb3、PbS或PbTe。
本新型也可在导热膜的内侧复合一层陶瓷膜，通过阴极溅射方法将陶瓷粉溅射到导热膜上，形成陶瓷膜，如用氧化铝陶瓷粉。
本新型的工作原理是利用两种半导体材料，当其两端面互相接触且两端具有一定温差时在它们构成的回路内将会产生赛贝克电动势这一原理。
以下结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明附

图1为本实用新型结构构造示意图；附图2为本实用新型实施例俯视结构投影图；如附图1所示，陶瓷膜(1)要具有良好的导热性能，导热率越大的材料性能越好，因此，具备以上性能的陶瓷膜(1)均可使用，目前通用的为氧化铝陶瓷膜；陶瓷膜(1)太厚，其寄生温差大，测量灵敏度小，热惰性大，其厚度在0.2-0.5mm较好。陶瓷膜(1)的外侧各复合有一层导热膜(2)，所述的导热膜(2)是由导热性能良好的材料制成，金属或非金属材料，金属材料如银、铜、铝或锡等，可通过蒸镀或溅射于陶瓷膜上。陶瓷膜(2)的内表面固定有多组导流片(3)，依次串联的半导体温差电元件(6)分别与相应的导流片(3)固定连接，可通过在半导体温差电元件(6)上焊接一层铟膜，然后将导流片(3)通过铟膜焊接在半导体温差电元件(6)上。半导体温差电元件(6)为一对串联的P型半导体(4)和N型半导体(5)，导流片(3)对P型半导体(4)和N型半导体(5)起到连接线的作用，只要是具有良好导电性能的材料均可，一般为铜、银或锡等。陶瓷膜(1)与导流片(3)固定连接，可通过粘合剂粘合，也可焊接，若通过焊接，可先在陶瓷膜(1)的内侧焊接一层铟膜，然后将导流片(3)焊接在铟膜上。
根据实际需要，本实用新型可制成多种结构构造相同但外型不同的半导体温差传感器，如可将陶瓷膜制成圆形、矩形或不定形；导流片和半导体温差电元件可环形、矩形或不定形布置；根据灵敏度的需要可布置若干对导流片和半导体温差电元件。在P型、N型半导体的制作选择方面，若机械切片工艺能铣切出更薄的晶片的条件下，本新型可选用截面更小的元件，可以使单位面积上的元件对数增多，以进一步提高传感器的灵敏度。
本实用新型的优点本实用新型用于温差测量时，只需将其置于被测对象及基准对象之间就可实现温差测量，安装使用方便，接触面可根据需要设置，测温差均匀，可靠性高。
下面结合实施例进一步叙述本实用新型，本实施例只是为了更好的说明本新型的实现过程，而不能限制本实用新型。
本实用新型的一个应用对象是可用于补偿式微量热计，该量热计主要由恒温槽、量热胆杯、半导体温差传感器、补偿电堆和计算机控制系统等组成，半导体温差传感器是感测量热胆杯内温度相对于恒温环境的基本检测装置，只有它的灵敏度高、稳定性好时，量热计才具有高的重复精度。量热胆杯为圆形底面，为了更好地反映和感测到这种温度场，如附图2所示，本实用新型选用厚度为0.5mm的氧化铝陶瓷膜(1)，并将其设计为圆形，将上下两个陶瓷膜(1)的外表面蒸镀一层铜薄膜；将导流片(3a,3b)和半导体温差电元件以同心圆的方式焊接在两个陶瓷膜(1)内侧，3a为上导流片，3b为下导流片，焊接过程中采用先蒸镀一层铟膜，然后焊接。选用的温差电元件为一对P型半导体(4)Bi2Te3-Sb2Te3(温差电动势α=180μV/℃)和N型半导体(5)Bi2Te3-Bi2Se3(温差电动势α=-170μV/℃)，其横截面积为1.5×1mm2，元件高度为8mm,P型与N型半导体之间按串联方式首尾连接。这一对P型半导体与N型半导体构成的电对的相对赛贝克电动势αpn=180+170=350μv/℃，本实施例共应用了103对温差电元件，其温差电动势的理论值为350×103=36.05mV/℃，本实施例实测的温差电动势为26mV/℃(在20℃温差下)。
表1为应用了本实用新型半导体温差传感器的补偿式微量热计脉冲能当量电能标定结果
理论电能是由测定加热器的端电压、通入的电流及加热器电阻按式Q=V.I.R计算得到；实测电能是按下述过程进行的，当向置于量热胆杯内的加热器通入电能后，电能转变为热效应，引起量热胆杯温度变化，此时，这一变化被半导体温差传感器感测到后，经放大、A/D转换后送入计算机系统，计算出与被测热效应相反的补偿脉冲数，经转换送至补偿电堆，使之与被测热效应对消，对消的特征是半导体温差传感器输出电信号为零，因此，实测电能为Q=补偿脉冲数×脉冲能当量。由上表可以计算得到电能标定的
电能标定的重复性指标方差s=0.094，由此可见，使用了本实用新型半导体温差传感器的补偿式微量热计，其精度与重复性能均较高，进一步说明本实用新型是有积极效果的。
权利要求1.一种半导体温差传感器，其特征是两个陶瓷膜(1)的外侧各复合有一层导热膜(2)，陶瓷膜(1)的内表面固定有导流片(3)，依次串联的半导体温差电元件(6)分别与相应的导流片(3)固定连接。
2.根据权利要求1所述的半导体温差传感器，其特征是半导体温差电元件为一对串联的P型半导体(4)与N型半导体(5)。
3.根据权利要求1或2所述的半导体温差传感器，其特征是所用的P型半导体(4)与N型半导体(5)的温差电动势的绝对值大于160μV/℃。
4.根据权利要求1或2所述的半导体温差传感器，其特征是陶瓷膜(1)的厚度为0.2-0.5mm。
专利摘要本实用新型公开了一种用于测量微小温差信号的半导体温差传感器，其技术特征是两个陶瓷膜的外侧各复合有一层导热膜，陶瓷膜的内表面固定有导流片，依次串联的半导体温差电元件分别与相应的导流片固定连接。本实用新型用于温差测量时，只需将其置于被测对象及基准对象之间就可实现温差测量，安装使用方便，接触面可根据需要设置，测温差均匀，可靠性高。
文档编号G01K7/02GK2447760SQ0022690
公开日2001年9月12日 申请日期2000年10月20日 优先权日2000年10月20日
发明者赵宏安, 欧阳鹏, 宁晓辉, 曾晓岑 申请人:西北大学