论文标题：MEMS-based thermoelectric infrared sensors: A review

期刊： Frontiers of Mechanical Engineering

作者：Dehui XU, Yuelin WANG, Bin XIONG, Tie LI

发表时间：31 Oct 2017

DOI：10.1007/s11465-017-0441-2

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文章亮点 / Highlights

任何温度高于绝对零度的物体都会产生红外辐射，红外传感器作为能响应外部红外辐射的光传感器，在军事侦察、民用测温、气体检测等领域具有重要应用价值。其中，基于微机电系统（MEMS）的热电红外传感器，凭借无需冷却、可在室温下工作、能响应多种波长红外辐射等优势，过去十年间随着微加工技术的进步，受到学术界与产业界的广泛关注。

中国科学院上海微系统与信息技术研究所相关研究人员在《Frontiers of Mechanical Engineering》2017年第12卷第4期发表了题为“MEMS-based thermoelectric infrared sensors: A review”的综述论文。

本文系统综述了MEMS基热电红外传感器的研究成果，第一部分阐述了该类传感器的物理工作原理，包括基于塞贝克效应的热电转换机制、热损耗分类及计算方法，并深入探讨了响应率、比探测率等关键性能参数；第二部分聚焦传感器实现技术，详细分析了热电材料、热隔离微结构、红外吸收体设计及封装方法，并结合具体实例说明各类技术的优势与局限。此外，文章还从历史视角梳理了传感器实现技术的发展脉络，呈现了从20世纪80年代早期器件雏形到近年先进工艺的研究进展，为该领域后续研究提供了全面且清晰的技术参考。

文章最后指出，MEMS基热电红外传感器虽灵敏度不及测辐射热计与热释电探测器，但凭借体积小、重量轻、无冷却需求、噪声低、接口电路简单及高性价比等特点，在诸多应用场景中更具实用性。未来，通过CMOS-MEMS技术实现平面方向集成、晶圆级封装技术实现垂直方向集成，有望推动其发展为“片上红外系统”；同时，基于传统CMOS工艺的制造模式可助力其批量生产，进一步拓展在军事与民用领域的应用潜力。不过，如何进一步提升传感器灵敏度、优化热隔离效率及降低批量生产成本，仍是未来需要突破的关键方向。

通过结合背面蚀刻与正面蚀刻工艺制备的热电红外传感器横截面

摘要 / Abstract

In the past decade, micro-electromechanical systems (MEMS)-based thermoelectric infrared (IR) sensors have received considerable attention because of the advances in micromachining technology. This paper presents a review of MEMS-based thermoelectric IR sensors. The first part describes the physics of the device and discusses the figures of merit. The second part discusses the sensing materials, thermal isolation microstructures, absorber designs, and packaging methods for these sensors and provides examples. Moreover, the status of sensor implementation technology is examined from a historical perspective by presenting findings from the early years to the most recent findings.

引用信息 / Citation Information

Dehui XU, Yuelin WANG, Bin XIONG, Tie LI. MEMS-based thermoelectric infrared sensors: A review. Front. Mech. Eng., 2017, 12(4): 557–566

https://doi.org/10.1007/s11465-017-0441-2

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