專利名稱：傳感器系統(tǒng)和制造方法以及自測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求前序部分的傳感器系統(tǒng)以及制造該系統(tǒng)的一種方法和一種對其自測的方法。傳感器系統(tǒng)用來紀(jì)錄熱輻射。為了紀(jì)錄熱輻射特別是紅外線輻射(IR輻射)，公開了不同的裝置。圖1以圖的形式說明原理結(jié)構(gòu)。在一個襯底15上安置兩個(或者若干個)傳感器元件10。從熱輻射源19發(fā)出的熱或者IR輻射例如通過一個透鏡14投影在傳感器元件10的檢測平面上。輻射通過這種裝置能夠投影在若干個傳感器元件10的其中一個上面，所以根據(jù)傳感器元件10的數(shù)量，根據(jù)不同的立體角范圍分辨率可行。
這樣的系統(tǒng)具有一個缺點(diǎn)根據(jù)單獨(dú)的傳感器元件10之間的導(dǎo)熱可能造成串?dāng)_(bersprechen)或者串?dāng)_(Nebensprechen)。這意味著一個沒有被(通過一個光投影)紅外線輻射照射的傳感器元件10仍然生成一個信號，因?yàn)樗邮盏絹碜韵噜彽摹⒈粺彷椛湔丈涞膫鞲衅髟?0的熱量。這時例如一個傳感器元件能夠被加熱若干個十分之一度。這種熱量可能擴(kuò)展到一個沒有被照射的相鄰元件并且在那里同樣導(dǎo)致一個輸出信號。因此傳感器系統(tǒng)的對比變?nèi)?。此外，現(xiàn)在在工作期間還不可能使用一個簡單的方法檢測傳感器系統(tǒng)(包括所有的單獨(dú)傳感器元件10)的功能作用。
在US3801949中公開了在一個弱導(dǎo)電能力的載體膜片上放置熱電元件，上述載體膜片通過載體襯底上的腐蝕坑被隔開。腐蝕坑用于傳感器元件10與襯底15的熱絕緣并且因此提高傳感器系統(tǒng)的接收靈敏度。然而確定在這種結(jié)構(gòu)中還有串?dāng)_，所以沒有實(shí)現(xiàn)單獨(dú)傳感器元件相互之間的熱隔離。此外，實(shí)際上襯底表面比較地說僅有較小部分被傳感器元件覆蓋，因?yàn)閺囊r底背面到表面上構(gòu)成的腐蝕坑沒有垂直壁，這樣迫使在襯底正面上的單獨(dú)傳感器元件相距的距離大。因此，檢測靈敏度低，根據(jù)通過透鏡在傳感器元件之間上的投影可以映像一個較小的點(diǎn)源，因此不能紀(jì)錄這個點(diǎn)源并且因此傳感器系統(tǒng)工作不可靠。
圖2以橫截面圖以及俯視圖的形式說明不按比例的結(jié)構(gòu)，如在技術(shù)現(xiàn)狀中公開的結(jié)構(gòu)。在圖2A中，傳感器元件10位于一個腐蝕坑24上，該腐蝕坑24有一個傾斜壁。根據(jù)已知的制造方法的影響通過在襯底15上的晶體取向得出上述傾斜壁。因此，傳感器元件10相互距離遠(yuǎn)，表面注入密度低并且檢測可靠性不能使人滿意。在圖2B中，說明一個實(shí)施例，其中腐蝕坑25有一個菱形的在厚度方向上具有垂直壁的平面設(shè)計(jì)。在這種實(shí)施例中同樣根據(jù)離子蝕刻方法影響，通過晶體去向?qū)崿F(xiàn)菱形的平面設(shè)計(jì)。圖2C中說明一個實(shí)施例，在這種實(shí)施例中，通過從襯底正面開始的離子蝕刻方法，構(gòu)成槽26。在這個槽26中，具有一個傾斜壁21，因此傳感器元件10自己相互距離的比較遠(yuǎn)。圖2D最后說明一個實(shí)施例，其中通過首先安置一個消耗層并且在消耗層上構(gòu)成傳感器元件10后再次移走這個消耗層的方法，在傳感器元件10和襯底15之間構(gòu)成一個縫隙23。由于小的間隔，這時傳感器元件對襯底的熱電絕緣減弱，因此信號幅度小并且因此傳感器系統(tǒng)的靈敏度小。例如在DE19539696A1或者在EP0534768或者在PCT/EP89/01082中說明建立在使用消耗層上的方法。例如在EP0640815A1中或者在PCT/AU91/00162中說明使用晶體各向異性的離子蝕刻性能的方法。在各向異性的離子蝕刻方法中，可能達(dá)到的封裝密度被晶體結(jié)構(gòu)被限制。使用消耗層的方法能夠?qū)崿F(xiàn)高的封裝密度和一個小的串?dāng)_。但是因?yàn)樵诩夹g(shù)條件下槽或者空腔的深度合計(jì)僅幾μm，所以傳感器元件10的熱電絕緣并且因此信號幅度不能令人滿意。
本發(fā)明的任務(wù)是建立一個傳感器系統(tǒng)，該系統(tǒng)可靠工作并且允許一個高質(zhì)量的信號記錄。
本發(fā)明的另外任務(wù)是建立一個傳感器系統(tǒng)，可能在它的功能方法中簡單的檢查該系統(tǒng)，以及給出一個對此的測試方法。
本發(fā)明的另外任務(wù)是建立一個傳感器系統(tǒng)，該系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上小并且制造便宜。
這個任務(wù)使用獨(dú)立權(quán)利要求的特征解決。從屬權(quán)利要求位于本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例中。
下面參考


本發(fā)明的一個單獨(dú)的實(shí)施例，圖中圖1一個傳感器系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)，圖2A-D若干個根據(jù)已經(jīng)公開方法制造的傳感器系統(tǒng)，圖3A,B根據(jù)本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)的實(shí)施例的橫截面圖和俯視圖，圖4一個熱電元件結(jié)構(gòu)的簡圖，圖5若干個另外根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的組合，
圖6一個另外根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電路圖。
現(xiàn)在說明根據(jù)本發(fā)明的特征，這些特征可以單獨(dú)或者組合給出。
圖3說明實(shí)施例，其中根據(jù)本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)至少具有若干個傳感器元件10和一個襯底15。傳感器系統(tǒng)一般和一個投影設(shè)備14共同起作用。一個這樣的投影設(shè)備可以是一個透鏡、一個透鏡系統(tǒng)、一個適合的鏡像設(shè)備或者相類似的設(shè)備，這些設(shè)備將射入的熱輻射投影在傳感器元件10中的任一個的上面。
傳感器元件10優(yōu)選的是熱電探測器，例如熱電傳感器，因?yàn)檫@些對連續(xù)光靈敏并且允許簡單的信號處理。但是傳感器元件10可以是另一個熱電探測器，該探測器例如是熱電探測器，這種探測器僅在射入的熱輻射發(fā)生變化時發(fā)出一個信號，傳感器元件10或者是輻射熱測定器。還可以使用另外的傳感器元件，傳感器元件在測量射入的熱輻射后發(fā)出一個信號。
參考圖4，詳細(xì)說明一個基于熱電元件的傳感器元件的結(jié)構(gòu)。在圖4中，15表示襯底，46表示熱絕緣設(shè)備，41和42表示由不同的適合材料構(gòu)成的層，43表示一個熱吸收層。說明的設(shè)備具有一個“熱端”44和一個“冷端”45。熱端44位于熱絕緣設(shè)備46上面和吸收層43的下面。因此熱端通過射入的熱輻射加熱。冷端45在適合的實(shí)施例中具有一個“左”和一個“右”引線，這些引線分別位于用作散熱片的襯底15上。通過所說明的設(shè)備保證在冷端45或者它的兩個引線基本上保持作為散熱片的襯底15的溫度時，通過吸收層43支持基于紅外線輻射的熱端44并且加熱熱絕緣設(shè)備46。通過在被加熱的端44和冷端45之間的溫度差產(chǎn)生一個電壓，可以在冷端45的兩個引線上量取這個電壓。這時電壓總數(shù)和極性依賴于對層41和42的材料的選擇和熱端和冷端之間絕緣的質(zhì)量。為了放大這種效果，可以預(yù)先將在圖4中說明的若干個裝置串聯(lián)。然后，由一種材料構(gòu)成的冷端45的引線和由另一種材料構(gòu)成的冷端45的引線連接。因此將各個信號電壓相加，所以可以實(shí)現(xiàn)一個較強(qiáng)的效果。在這種應(yīng)用的意義上，在根據(jù)圖4的串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)中可能構(gòu)成一個唯一的傳感器元件，該元件提供一個唯一的信號電壓。這時傳感器元件包括全部可能串聯(lián)連接的若干個根據(jù)圖4的結(jié)構(gòu)的熱端44和冷端45。這時傳感器元件適合的檢測表面基本上相當(dāng)于被吸收層43占用的底面，在這個范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)一個重要的、引起信號的加熱。因此優(yōu)先的構(gòu)成吸收層43，使它僅僅位于襯底15上的通過熱絕緣設(shè)備46提供的底面內(nèi)。層41和42的兩種材料的接觸點(diǎn)位于吸收層43下面。因?yàn)槲諏?3的表面基本上定義引起產(chǎn)生信號的范圍，所以被吸收層43占用的范圍還可以表示為傳感器元件10的傳感器范圍43。在這種關(guān)系上，指出不是必須提供必要的一個適合層43。還可以想到通過在它的接觸范圍內(nèi)對層41、42的適合的表面處理，通過熱絕緣設(shè)備46建立一個同樣用于吸收層43的范圍。象在圖4中說明的，冷端45可以彼此直接相鄰的位于襯底15上，其中層41、42與熱絕緣設(shè)備46平行的并且在吸收層43下面延伸。
傳感器元件10被安裝在一個襯底或者載體15上。優(yōu)選的襯底15具有硅。傳感器元件10可能作為條狀組織或者作為二維范圍被安裝在襯底上，或者可以沿著一個軌道或者在表面上安裝傳感器元件10，該平面相當(dāng)于被監(jiān)測線段或者面積通過透鏡14的投影。例如十五個傳感器元件可以被安排在3*5范圍內(nèi)。通過適合的接觸(在圖中沒有說明)進(jìn)一步傳導(dǎo)它們各自的輸出信號，以便于可以獨(dú)立的查詢或者分析每一個單獨(dú)傳感器元件的輸出信號。還可能有大得多的傳感器范圍，例如根據(jù)要求還可以構(gòu)成10*10或者100*100的范圍。這具有一個相當(dāng)精細(xì)的位置分辨率。
襯底15在各個傳感器元件下具有材料槽33、35、54。一個材料隔片32可能優(yōu)選的分別位于相鄰的傳感器元件10間的間隙下。材料槽33、35、54用作圖4中的熱絕緣設(shè)備46。
在一個通常的實(shí)施例中每一個材料槽33、35、54僅僅位于傳感器系統(tǒng)的一個或者若干個傳感器元件10下面。在一個優(yōu)選的實(shí)施例中，在傳感器系統(tǒng)的每個傳感器元件10下面提供一個材料槽33、35、54。
可能-還在一個傳感器系統(tǒng)范圍內(nèi)-不同設(shè)計(jì)或者通過不同的制造方法制造材料槽33、35、54-使用33(圖3A)表示一個孔，這個孔可以優(yōu)選的在襯底15中從襯底正面開始構(gòu)成。在襯底正面上定義孔的邊緣的尺寸使傳感器元件在范圍上并且特別可能和另一個冷端45位于孔的邊緣上。圖5還說明另外一個實(shí)施例，在這個實(shí)施例中可以在襯底上固定一個傳感器元件，稍后將對此進(jìn)行說明。
-圖3B說明了材料槽的一個實(shí)施例。其中在襯底中，從襯底正面開始構(gòu)成一個槽。可以再次生成它的尺寸，使傳感器元件10位于這槽的邊緣并且可以固定在它上面。根據(jù)圖5可以在襯底上實(shí)現(xiàn)該固定。
在傳感器元件10下面的材料槽33、35、54的特別優(yōu)選的制造方法是-在Bulk-微技術(shù)(Mikromechanik)中的活性離子蝕刻。這種方法還被稱作DIRE(=深活性離子蝕刻)。優(yōu)選的從襯底后面穿過襯底構(gòu)成一個孔。這種方法涉及一個等離子蝕刻方法，使用該方法，可以制造一個具有直壁并且精確規(guī)定尺寸的孔。還可能使用相同的方法構(gòu)成細(xì)的、長的孔。因此在襯底上單獨(dú)的孔僅必需很小的位置，因此根據(jù)每襯底面積上的若干個傳感器元件或者每襯底面積上的若干個傳感器面積，可以提高分辨率以及面積填充系數(shù)并且因此提供靈敏度。在這種關(guān)系上，指出了不能按比例理解圖1至圖5。它們只再次定性地給出各個實(shí)施例。通過活性離子蝕刻可以制造一個根據(jù)圖3A的孔。使用這種技術(shù)，例如在一個500μm厚的用作襯底的晶片上，能夠有規(guī)率建立。因此孔具有一個根據(jù)晶片厚度的深度一個任意直徑的特別50到200μm直徑的通孔。因此孔具有相當(dāng)于晶片厚度的深度，以致于對熱端很好的絕緣并且因此改善傳感器元件的靈敏度。根據(jù)近似垂直的壁僅必須保持一個薄的隔片32，所以得到一個高的封裝密度。在一個優(yōu)選的實(shí)施例中，通過活性離子蝕刻產(chǎn)生90％至99％的孔。為了最終深度(100％)然后通過各向同性或者各向異性的離子蝕刻方法產(chǎn)生孔。
-制造和繼續(xù)處理多孔硅。這時在微技術(shù)上從襯底正面開始處理。在第一步中，在襯底15上材料槽33、35、54將位于的那一個表面上建立多孔硅。因此使用一個電化學(xué)的方法。接著制造適合的材料槽，所以產(chǎn)生根據(jù)圖3B的槽35。優(yōu)選的首先通過對多孔硅的侵蝕構(gòu)成槽35，如果從現(xiàn)在起在多孔硅或者硅15上構(gòu)成傳感器元件10，那么從表面開始離子蝕刻多孔硅。使用這種方法，可以建立深度為100μm的槽。在這種使用槽35代替孔33的使用中，襯底或者全部結(jié)構(gòu)在完成這些操作后具有一個較高的機(jī)械穩(wěn)定性。這些方法具有以下優(yōu)點(diǎn)它不依賴于晶片厚度并且在好的靈敏度中可以實(shí)現(xiàn)一個高的封裝密度。
上面提到的兩個方法具有優(yōu)點(diǎn)它不被襯底上的晶體取向影響并且因此不存在對封裝密度負(fù)影響的邊緣條件。
圖5說明若干個另外實(shí)施例的組合，使用它們，可以避免熱電串?dāng)_。在襯底15上，在這里作為材料槽提供一個微長的槽54，該槽可以通過上面所說方法中的一個從襯底正面或者從襯底背面開始構(gòu)成。優(yōu)選的可以相互平行的提供若干個分別具有若干個傳感器元件的槽。襯底15被一個絕緣層51覆蓋。在絕緣層51上安置傳感器元件10，使傳感器元件10在范圍上至少位于槽54的上方。特別傳感器范圍位于槽54的上方。上述傳感器范圍由吸收層43提供。參考符號55表示一個相當(dāng)于圖4中的吸收層43的吸收層。傳感器元件的熱端位于吸收層55的下面，而冷端位于包圍槽54的隔片32的上面。前面的傳感器元件10完全位于槽的上面。如果材料槽不是以槽54的形式提供，而是根據(jù)在圖3中說明的實(shí)施例，那么這兩個選項(xiàng)還可行。
在傳感器元件10的附近有一個絕緣層52。該絕緣層52包括一個善于傳熱的材料例如一個薄的金屬層。絕緣層用作散熱器，使可能通過絕緣層51擴(kuò)展到相鄰的傳感器元件的熱量在另一個方向上排出。優(yōu)選的安置散熱器使散熱器一方面位于材料槽的上面例如槽54或者孔33、35的上面，另一方面位于一個襯底隔片22的上面。散熱器優(yōu)選的位于相鄰的傳感器元件10之間。因?yàn)楸容^來說硅是一個比較好熱導(dǎo)體，所以熱量優(yōu)先的從與襯底不存在連接的絕緣層51的范圍傳遞到絕緣層這樣的區(qū)域內(nèi)，絕緣層和襯底存在著直接的連接，因此然后熱量可能擴(kuò)散到襯底15或者它的隔片32中而不能到達(dá)相鄰的傳感器元件。絕緣層52可能還由襯底橋構(gòu)成，襯底橋位于絕緣層51的下面并且襯底橋跨過槽54或者較大的孔。對于通過絕緣層51擴(kuò)展熱量，這樣的襯底橋同樣可以作為散熱片，所以熱量排到襯底15、32。絕緣層還能以在絕緣層51中跨過材料槽的縫隙的形式或者作為橋和縫隙組合的形式構(gòu)成。在絕緣層51中這樣的縫隙中斷了通過絕緣層51到達(dá)相鄰傳感器元件10的熱流。然后熱量在一個方向上在絕緣層51上擴(kuò)展，在這個方向上熱量到達(dá)絕緣層51的那一個范圍，這個范圍和襯底15或者它的隔片32存在著連接，因此熱量被它的散熱片吸收。
絕緣層是一個熱傳導(dǎo)比硅弱并且導(dǎo)電性弱的層。絕緣層一方面用作熱電絕緣層，另一方面用作跨過材料槽23、25、44的傳感器元件10的載體。絕緣層可以例如由氧化硅、炭化硅和/或氮化硅構(gòu)成并且一般厚度小于1μm?？梢允紫葮?gòu)成絕緣層，并且隨后制造材料槽33、35、54。如果從襯底背面開始構(gòu)成材料槽，那么絕緣層停止離子蝕刻。如果材料槽從襯底正面開始構(gòu)成，那么例如可以通過一個特別的適合的離子蝕刻方法穿透絕緣層51，例如通過RIF方法(活性離子蝕刻，“reactiveionetching)。
參考符號53表示自測設(shè)備，該設(shè)備可能用于一個自測功能。這時它涉及一個加熱電阻，該元件可能供給傳感器元件10熱量，因此可以檢查在這種供熱中傳感器元件10是否輸出一個預(yù)期方式的信號。自測元件53可以是加熱電阻，該元件通過(沒有說明)引線接收電流并且然后如果電流流過加熱電阻，那么加熱加熱電阻，并且隨之通過襯底和在可能存在絕緣層51的熱傳導(dǎo)，通過熱輻射和/或熱傳導(dǎo)的方法加熱傳感器元件10。每一個傳感器元件10可以提供一個自測設(shè)備53。但還可以在傳感器元件10之間如此安置自測設(shè)備53，使自測設(shè)備輻射或者加熱兩個或者更多的傳感器元件?？梢匀缦略O(shè)計(jì)自測設(shè)備53可以個別控制自測設(shè)備或者共同控制自測設(shè)備。優(yōu)選作為加熱電阻構(gòu)成的自測設(shè)備可以直接是一個電阻材料的軌道，這種材料優(yōu)選的與一個傳感器元件10的邊平行并且沿著邊延伸。如果提供若干個自測設(shè)備53，那么假如不是必需一個個別控制，那么這些自測設(shè)備可以彼此并聯(lián)或者相互串聯(lián)連接。
在一個優(yōu)選的實(shí)施例中，選擇自測設(shè)備53的設(shè)備，使自測設(shè)備滿足絕緣設(shè)備52的功能。然后不再分離這兩個設(shè)備，而是一起提供這兩個設(shè)備。選擇材料，使這些材料在電流流動中被加熱，但另一方面這些材料具有一個熱傳導(dǎo)性，該熱傳導(dǎo)性比流體的導(dǎo)熱能力(例如空氣)好，上述流體限制絕緣層51。優(yōu)選的這些材料的導(dǎo)熱能力比絕緣層51的導(dǎo)熱能力好。可以設(shè)想所有材料都是金屬的或者是半導(dǎo)體電阻層，例如多晶硅、晶體硅、鋁或者金。隨后可以設(shè)計(jì)這些實(shí)施例，使每一個傳感器元件10或者一個組合的自測/絕緣設(shè)備52、53交替跨過槽54。因?yàn)橐粋€自測設(shè)備53可以向槽上相鄰的兩個傳感器元件10提供熱量，所以從一個實(shí)施例可以看出，使傳感器元件10之間的每兩個設(shè)備是一個組合的自測/熱絕緣設(shè)備52、53，可以通過一個適合的接觸對該組合設(shè)備提供電流，在每另一個(位于在當(dāng)時另一個中間空間內(nèi))設(shè)備是一個純絕緣設(shè)備52。因此得出傳感器系統(tǒng)的一個性能價格比好的并且仍然堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)。
在自測設(shè)備中，加熱自測設(shè)備53(加熱電阻)，因此在自測設(shè)備一側(cè)該設(shè)備加熱或者輻射傳感器元件10。接下來檢查各個傳感器元件10是否輸出一個定性的和/或定量的期望信號。使用這種方法，可以檢查單獨(dú)或者所有傳感器元件10的功能。還可能校準(zhǔn)傳感器系統(tǒng)。通過將由自測得到的輸出信號和期望值比較的方法，可以確定一個傳感器元件或者傳感器系統(tǒng)的特征值并且接下來使這個值與額定值匹配。
因?yàn)閰⑴c元件的外殼比較小，所以可以使用比較短的時間常數(shù)實(shí)現(xiàn)自測。在確定的領(lǐng)域中例如在車輛技術(shù)中這具有優(yōu)點(diǎn)。在現(xiàn)代車輛技術(shù)中，在車輛啟動時檢查全部的傳感器。由于短的時間常數(shù)，可以在較短的時間內(nèi)優(yōu)選的在小于1秒的時間內(nèi)進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的自測，所以在啟動車輛時，可以檢查一個相應(yīng)的傳感器。
因?yàn)閭鞲衅髟郊油ㄟ^自測方法產(chǎn)生的信號“看到”另外存在的紅外線背景(Szenerie)，所以為了將自測信號從其余的背景中區(qū)別開，它在一個確定的時間模式中控制自測設(shè)備43?？赡芑旧显诒粰z查的傳感器元件10的輸出信號中找到這些時間模式。時間模式例如可以是由兩個或者更多脈沖構(gòu)成的序列或者一個隨時間變化的信號。由于基于較低質(zhì)量的短時間常數(shù)，所以短于50ms優(yōu)選短于5ms的單獨(dú)脈沖信號模式可行。因此上述信號模式比基于被記錄的目標(biāo)的變化快。上述信號模式可以因此從與自測平行存在的紅外線的背景中區(qū)別出來，所以在自測期間，通過從總信號(自測信號加紅外線背景)中計(jì)算測試信號可以進(jìn)一步進(jìn)行監(jiān)測。此外可能區(qū)分自測設(shè)備53的單獨(dú)加熱電阻的橫截面或者電阻。因此對于分屬各個自測設(shè)備53的傳感器元件得出不同的熱功率并且因此得出不同強(qiáng)度的加熱或者自測信號。因此還可以將自測信號從在傳感器系統(tǒng)的習(xí)慣工作中附加存在的紅外線背景中區(qū)分出來。使用上述的方法還可能將自測信號從干擾脈沖中區(qū)別出來。
優(yōu)選的通過一個(沒有說明)控制器實(shí)現(xiàn)上面說明的對自測設(shè)備53的控制以及接下來對傳感器元件10的輸出信號的檢查。
已經(jīng)說明的傳感器元件10一般輸出一個信號，該信號定量的反映了出現(xiàn)的熱輻射的強(qiáng)度，即一個模擬信號。根據(jù)提供若干個傳感器元件的事實(shí)，因此另外給出或者處理更多的模擬信號。在傳感器元件10的一個緊鄰的范圍內(nèi)，時間復(fù)用模擬值并且通過一個數(shù)據(jù)線輸出產(chǎn)生的連續(xù)的信號。通過這種措施降低必需的信號輸出引線的數(shù)目，顯著的、極端情況下降低到一個唯一引線。
例如圖6說明一個有關(guān)的電路結(jié)構(gòu)。10下面指出若干個作為電路結(jié)構(gòu)的傳感器元件，這些傳感器元件分別在模擬多路開關(guān)62中輸入一個輸入信號(1到16)。當(dāng)時選擇的信號在放大器63中被放大。在這種方法中可能已經(jīng)輸出從放大器63中輸出的信號。附加的可以提供一個模擬采樣和保持網(wǎng)絡(luò)65。此外可以提供一個溫度傳感器64，這個傳感器產(chǎn)生一個相當(dāng)于傳感器系統(tǒng)絕對溫度的模擬信號。通過另外一個多路開關(guān)66，可以組合來自溫度傳感器64和采樣和保持網(wǎng)絡(luò)55的輸出信號，因此在數(shù)據(jù)輸出67，出現(xiàn)一個唯一的模擬信號，該信號指出時間上連續(xù)的單獨(dú)傳感器的輸出信號以及可能存在的溫度傳感器的輸出信號。一個這樣的實(shí)施例僅僅具有一個唯一的數(shù)據(jù)輸出67。此外還必需一些另外的較少的接線，用于控制功能優(yōu)選的1至2接線以及用于電源的必須的接線。參考數(shù)字69這時表示傳感器系統(tǒng)用符號表示的界限。所有被說明的元件在空間上被安裝在一個幾毫米的范圍內(nèi)。在小于100mm2的范圍內(nèi)構(gòu)造全部系統(tǒng)。圖6說明一個實(shí)施例，其中沒有實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換。但是在放大器63、采樣和保持網(wǎng)絡(luò)65或者多路開關(guān)66的輸出上提供一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器。參考數(shù)字68表示一個控制器，優(yōu)選的是一個控制處理器，該處理器控制和監(jiān)測傳感器系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行。
因此圖6示例的說明一種結(jié)構(gòu)，其中由傳感器10輸出的信號經(jīng)歷信號處理62至69。該信號處理62至69-優(yōu)選的連續(xù)-輸出模擬或者數(shù)字的數(shù)據(jù)。根據(jù)圖6的結(jié)構(gòu)這時可以是混合的或者是單一的。在單一結(jié)構(gòu)中，信號處理和傳感器元件10一樣同樣位于同一襯底15上。在混合結(jié)構(gòu)中，在一個獨(dú)自的襯底上或者芯片上構(gòu)造信號處理62至69并且和襯底15上的傳感器元件10電連接。在這種結(jié)構(gòu)中，兩個襯底位于空間直接相鄰的范圍內(nèi)并且特別位于一個獨(dú)自的外殼的范圍內(nèi)(通過參考數(shù)字69符號表示)，這個外殼包圍根據(jù)本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)。
象上面已經(jīng)提到的，可以為襯底的絕對溫度提供一個溫度傳感器64。借助于這個溫度傳感器64，關(guān)于襯底溫度傳感器元件10相關(guān)的輸出信號可能與絕對溫度有關(guān)，因此實(shí)現(xiàn)定性提取傳感器系統(tǒng)輸出信號。使用這樣的一個系統(tǒng)，例如可能被人理解并且將它從另一個熱輻射源區(qū)分開，假如它具有另一個溫度大約37攝氏度。此外如果傳感器自身的溫度不恒定，能以較高的精確性確定目標(biāo)的溫度。
上面提到的信號處理62至69此外可以具有一個校準(zhǔn)設(shè)備，例如以所謂的“可熔接鏈”，以便于能夠調(diào)整傳感器系統(tǒng)或者他的傳感器元件的特征曲線。它還可能例如通過燒穿單獨(dú)的二極管段，該段和調(diào)正電阻存在著連接，在制造上調(diào)整零點(diǎn)和變化，所以一個任意的傳感器系統(tǒng)能和另一個關(guān)系到它的特征曲線的系統(tǒng)兼容。因此可能在制造時已經(jīng)調(diào)整傳感器系統(tǒng)，因此在使用時可以在不需要調(diào)整的情況下交換傳感器系統(tǒng)。這基本上減輕了服務(wù)。
對于根據(jù)本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)典型值是傳感器元件一般是矩形的并且40到500μm的邊長。優(yōu)選的它是正方形的。單獨(dú)傳感器元件的平均距離相互位于50至1000μm之間。一個用作襯底的晶片可以具有200到1000μm之間的厚度，優(yōu)選的在300到500μm之間。槽35優(yōu)選的具有大于100μm的深度。
一個這樣的小的傳感器系統(tǒng)可以用于不同的目標(biāo)。一個應(yīng)用領(lǐng)域是監(jiān)測車輛的內(nèi)部空間。該傳感器系統(tǒng)可以被裝配在車輛的頂部并且設(shè)計(jì)它的分辨率(根據(jù)傳感器元件10的數(shù)目)，使它能夠識別在車輛中的單獨(dú)位置。按照如此獲得的信號，可以控制車輛的另一個功能，例如空氣調(diào)節(jié)器、空氣囊等等。根據(jù)本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)可以用于建筑物檢測或者一般的用于個人探測。
可以在有或者沒有投影光學(xué)儀器和信號處理的情況下在一個小的1cm3晶體管外殼內(nèi)或者較小的空間內(nèi)構(gòu)成說明的傳感器系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.記錄熱輻射的傳感器系統(tǒng)，具有一個襯底(16)，若干個傳感器元件(10)，這些元件按照出現(xiàn)在傳感器元件上的熱輻射分別輸出一個電信號，并且將這些元件安置在襯底(15)上，其特征在于，至少一個用于產(chǎn)生熱的自測設(shè)備(53)，使用該設(shè)備可以加熱一個或者若干個傳感器元件(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，為了產(chǎn)生熱，提供若干個自測設(shè)備(53)，它們分別屬于每一個傳感器元件(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，在襯底(15)中，在至少一個傳感器元件(10)下提供一個材料槽(33、35、54)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，材料槽是一個穿透襯底的孔(33)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，材料槽是一個從襯底正面開始的槽(35)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一個的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，襯底(15、32)在其表面上具有一個絕緣層(51)，在絕緣層上安置傳感器元件(10)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一個和權(quán)利要求6的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，絕緣層(51)跨過材料槽(33、35、54)并且在絕緣層(51)上安置傳感器元件(10)，使傳感器元件完全或者部分的位于一個材料槽(33、35、54)的上面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一個的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，在傳感器元件(10)之間提供一個絕緣設(shè)備(52)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7和8的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，在絕緣層(51)范圍內(nèi)的一個材料槽(33、35、54)上構(gòu)成由導(dǎo)熱材料構(gòu)成的絕緣設(shè)備(52)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7和8的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，絕緣設(shè)備(52)是一個材料槽(33、35、54)的范圍內(nèi)的絕緣層(51)中的一個縫隙。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一個的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，自測設(shè)備(53)是一個設(shè)備，該設(shè)備以一電流產(chǎn)生熱，其中自測設(shè)備(53)為長形構(gòu)成，并且在附近和優(yōu)選的與傳感器元件(10)的邊平行安置該自測設(shè)備(53)。
12.用于制造根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一個傳感器系統(tǒng)的襯底的方法，該方法在襯底上安裝若干個傳感器元件，其中，在傳感器元件下面構(gòu)成材料槽，其特征在于，材料槽或者通過表面上的微技術(shù)在多孔硅中從襯底正面開始構(gòu)成或者通過活性離子蝕刻構(gòu)成。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于，為了制造多孔硅，使用一個電化學(xué)方法。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于，在活性離子蝕刻時，使用一個等離子蝕刻方法，并且從襯底背面開始處理襯底。
15.根據(jù)權(quán)利要求12或者14的方法，其特征在于，在使用活性離子蝕刻時，通過活性離子蝕刻的方法構(gòu)成孔的全部深度的90％至99％，并且通過各向同性或者各向異性的離子蝕刻完成最終的深度。
16.根據(jù)權(quán)利要求4至11中任一個和權(quán)利要求3的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，使用根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一個的方法構(gòu)成材料槽(33、35、54)。
17.記錄熱輻射的傳感器系統(tǒng)，特別是根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一個和權(quán)利要求16的傳感器系統(tǒng)，具有一個襯底(15)，若干個傳感器元件(10)，這些元件按照出現(xiàn)在傳感器元件上的熱輻射，分別輸出一個電信號，并且將這些元件安置在襯底(15)上，其特征在于，一個信號處理設(shè)備(62-69)，該設(shè)備至少將傳感器元件(10)并行的現(xiàn)有電輸出信號轉(zhuǎn)換到一個串行的信號并且在一個接線(67)上輸出。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，在襯底(10)上構(gòu)成信號處理設(shè)備(62-69)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，在單獨(dú)的襯底上、在緊鄰傳感器元件(10)的襯底(15)的區(qū)域內(nèi)裝配信號處理設(shè)備(62-69)并且與傳感器元件(10)電連接。
20.根據(jù)權(quán)利要求17至19中任一個的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，具有一個溫度測量設(shè)備(64)，該設(shè)備按照絕對溫度構(gòu)成一個信號。
21.根據(jù)權(quán)利要求1至11或者權(quán)利要求16至20中任一個的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，通過一個調(diào)整裝置，持久的設(shè)置至少一個傳感器元件(10)的特征曲線。
22.根據(jù)權(quán)利要求1至11或者權(quán)利要求16至21中任一個的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，提供若干個自測設(shè)備(53)，這些設(shè)備被相互不同的如下設(shè)計(jì)它對若干個傳感器元件(10)進(jìn)行不同的加熱。
23.根據(jù)權(quán)利要求10的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，在用作絕緣設(shè)備(52)的縫隙和傳感器元件(10)之間的提供一個自測設(shè)備(53)。
24.根據(jù)權(quán)利要求1至11或者權(quán)利要求16至23中任一個的傳感器系統(tǒng)中的自測方法，其特征在于，至少加熱一個自測設(shè)備并且檢測至少一個傳感器元件的輸出信號。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，一個自測設(shè)備使用一個特征電信號工作。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，電信號具有兩個或者若干個脈沖和/或一個時間變化的信號。
27.根據(jù)權(quán)利要求24至26中任一個的方法，其特征在于，為了得到用作監(jiān)測的信號，通過傳感器系統(tǒng)在自測方法期間繼續(xù)監(jiān)測在自測方法期間的傳感器系統(tǒng)的輸出信號，根據(jù)自測設(shè)備的實(shí)現(xiàn)方法，得到期望的特征信號。
全文摘要
一種用于記錄熱輻射的傳感器系統(tǒng),這種系統(tǒng)具有一個襯底(15)和在襯底(15)上的若干個傳感器元件(10),其中至少提供一個自測設(shè)備(53),以便于產(chǎn)生熱,使用該設(shè)備可以加熱一個或者若干個傳感器元件(10)。在自測過程中,可以根據(jù)一個典型的時間模式加熱傳感器元件(10)。此外還有一個優(yōu)選的用于制造這種傳感器系統(tǒng)的制造方法以及包括信號處理的全部系統(tǒng)的優(yōu)選結(jié)構(gòu)。
文檔編號G01J5/00GK1208966SQ9811835
公開日1999年2月24日 申請日期1998年8月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月14日
發(fā)明者J·施菲爾德克, M·羅斯萊, M·西蒙, E·扎布勒, K·斯托爾克, R·耶內(nèi) 申請人:海曼光電子股份有限公司, 羅伯特-博希股份公司