热电堆型高温热流传感器及其制备方法与流程

本发明属于热流检测技术领域，特别是涉及一种热电堆型高温热流传感器及其制备方法。

背景技术：

自然界和生产过程中，存在着大量的热量传递问题。随着现代科学技术的发展，仅把温度作为热量传递的唯一信息已远远不够。因此，热流检测理论和技术越发受到重视，相应的热流传感器也得到了较大的发展和广泛的应用。

现有的热流传感器虽能够满足工农生产及日常生活中热流密度的一般测量需求，但其响应时间较长，常规在数十秒量级或是秒量级。因此，在诸如航空、航天发动机等高速反应的场合中，现有的热流传感器难以实现快速、准确的测量。

然而，现有的热流传感器普遍存在结构复杂、体积大、响应时间长、结构稳定性差、承受高温热流冲击能力差及无法在超高温环境中应用等问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术，本发明的目的在于提供一种热电堆型高温热流传感器及其制备方法，用于解决现有技术中的热流传感器存在的结构复杂、体积大、响应时间长、结构稳定性差、承受高温热流冲击能力差及无法在超高温环境中应用等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种热电堆型高温热流传感器，所述热电堆型高温热流传感器包括：

衬底，所述衬底内形成有隔热腔体，所述隔热腔体沿所述衬底的厚度方向贯穿所述衬底；

复合介质膜，位于所述衬底的上表面且覆盖所述隔热腔体的上表面；

电阻块，位于所述复合介质膜的上表面，且位于所述衬底的正上方及所述隔热腔体的正上方；

绝缘介质层，覆盖所述电阻块的表面；

金属图层，包括电极及引线，所述电极位于所述绝缘介质层的上表面，所述引线位于所述绝缘介质层内，所述电极经由所述引线与所述电阻块电连接。

可选地，所述衬底包括抛光单晶硅片。

可选地，所述复合介质膜包括单层或多层的氧化硅和氮化硅复合而成，所述复合介质膜的厚度包括0.3μm～10μm。

可选地，所述隔热腔体的纵截面形状包括矩形或梯形。

可选地，所述电阻块包括多晶硅层、单晶硅层、4h-sic层、6h-sic层及3c-sic层中的至少一种；所述电阻块的厚度包括0.3μm～2μm。

可选地，所述绝缘介质层的材料包括氧化硅及氮化硅中的至少一种。

可选地，所述金属图层的材料包括钛、钨、铂、铬及金中的至少一种。

可选地，所述热电堆型高温热流传感器还包括热量吸收材料层，所述热量吸收材料层至少位于所述隔热腔体暴露出的所述复合介质膜的下表面。

可选地，所述电阻块包括热端结构、冷端结构及热电偶臂；所述热端结构至少部分位于所述隔热腔体的正上方；所述冷端结构位于所述热端结构的外围，且与所述热端结构之间具有间距；所述热电偶臂位于所述热端结构与所述冷端结构之间，一端与所述热端结构相连接，另一端与所述冷端结构相连接；

所述电极包括：中心电极、正电极、负电极及连接臂电极；所述中心电极位于所述热端结构的正上方；所述正电极位于所述冷端结构的正上方，且位于所述中心电极的一侧，与所述中心电极具有间距；所述负电极位于所述冷端结构的正上方，且位于所述中心电极远离所述正电极的一侧，与所述中心电极及所述正电极均具有间距；所述连接臂电极位于所述热电偶臂的正上方，且位于所述中心电极与所述正电极及所述负电极之间，所述连接臂电极的数量为两个，其中，一个所述连接臂电极一端与所述中心电极相连接，另一端与所述正电极相连接，另一所述连接臂电极一端与所述中心电极相连接，另一端与所述负电极相连接；

所述引线位于所述正电极与所述电阻块之间及所述中心电极与所述电极块之间，以将所述正电极及所述中心电极与所述电阻块电连接。

可选地，所述电阻块包括热端结构、冷端结构及热电偶臂；所述热端结构的数量为两个，两个所述热端结构至少部分位于所述隔热腔体的正上方，且两个所述热端结构之间具有间距；所述冷端结构位于所述热端结构的外围，且与所述热端结构之间具有间距；所述热电偶臂位于所述热端结构与所述冷端结构之间，所述热电偶臂的数量为两个，其中，一所述热电偶臂的一端与一所述热端结构相连接，另一端与所述冷端结构相连接，另一所述热电偶臂的一端与另一所述热端结构相连接，另一端与所述冷端结构相连接；

所述电极包括：中心电极、正电极、负电极、连接电极及连接臂电极；所述中心电极的数量为两个，各所述中心电极分别一一对应设置于各所述热端结构的正上方；所述正电极、所述负电极及所述连接电极均位于所述中心电极外围，且所述正电极、所述负电极及所述连接电极与所述中心电极之间及所述正电极、所述负电极及所述连接电极之间均具有间距；所述连接臂电极位于所述热电偶臂的正上方，且位于所述中心电极与所述负电极及所述连接电极之间，所述连接臂电极的数量为两个，其中，一个所述连接臂电极一端与一所述中心电极相连接，另一端与所述负电极相连接，另一所述连接臂电极一端与另一所述中心电极相连接，另一端与所述连接电极相连接；

所述引线位于所述正电极与所述电阻块之间、所述连接电极与所述电阻块之间及各所述中心电极与所述电极块之间，以将所述正电极、所述连接电极及各所述中心电极与所述电阻块电连接。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种热电堆型高温热流传感器的制备方法，所述热电堆型高温热流传感器包括如下步骤：

提供衬底；

于所述衬底的上表面形成复合介质膜，所述复合介质膜覆盖所述衬底的上表面；

于所述复合介质膜的上表面形成电阻块；

于所述电阻块的表面形成绝缘介质层，所述绝缘介质层覆盖所述电阻块；

于所述绝缘介质层内形成引线孔，所述引线孔沿所述绝缘介质层的厚度贯穿所述绝缘介质层以暴露出所述电阻块；

于所述绝缘介质层上形成金属图层，所述金属图层包括电极及引线，其中，所述电极位于所述绝缘介质层的上表面，所述引线填充于所述引线孔内，所述电极经由所述引线与所述电阻块电连接；所述金属图层与所述电阻块及位于所述金属图层及所述电阻块之间的所述绝缘介质层共同构成热电堆；

自所述衬底背面刻蚀所述衬底，以于所述衬底内形成隔热腔体，所述隔热腔体沿所述衬底的厚度方向贯穿所述衬底，以暴露出所述复合介质膜的下表面；所述电阻块部分位于所述隔热腔体的正上方。。

可选地，采用热氧化工艺及低压化学气相沉积工艺中的至少一种形成所述复合介质膜，所述复合介质膜包括单层或多层的氧化硅和氮化硅复合而成，所述复合介质膜的厚度包括0.3μm～10μm。

可选地，于所述复合介质膜的上表面形成电阻块包括如下步骤：

于所述复合介质膜的上表面形成电阻材料层；

对所述电阻材料层进行p型掺杂或n型掺杂；

将掺杂后的所述电阻材料层图形化；

将图形化后的所述电阻材料层进行退火处理及得到所述电阻块。

可选地，采用离子注入工艺对所述电阻材料层进行p型掺杂或n型掺杂，采用各向异性湿法腐蚀工艺、各向同性湿法腐蚀工艺或干法刻蚀工艺将掺杂后的所述电阻材料层图形化。

可选地，采用氧化工艺或化学气相沉积工艺于所述电阻块的表面形成所述绝缘介质层，所述绝缘介质层的材料包括氧化硅及氮化硅中的至少一种。

可选地，于所述绝缘介质层上形成金属图层包括如下步骤：

于所述引线孔内形成引线；

于所述绝缘介质层的上表面形成金属材料层；

采用剥离工艺将所述金属材料层进行图形化以得到所述电极。

可选地，于所述绝缘介质层上形成金属图层包括如下步骤：

于所述绝缘介质层的上表面形成图形化掩膜层，所述图形化掩膜层内形成有开口图形，所述开口图形定义出所述引线及所述电极的形状及位置；

基于所述图形化掩膜层采用电镀工艺于所述引线孔内形成引线并于所述绝缘介质层的上表面形成所述电极；

去除所述图形化掩膜层。

可选地，采用各向异性湿法腐蚀工艺、各向同性湿法腐蚀工艺或干法刻蚀工艺自所述衬底的背面刻蚀所述衬底以于所述衬底内形成所述隔热腔体；所述隔热腔体的纵截面形状包括矩形或梯形。

可选地，形成所述隔热腔体之后还包括于所述隔热腔体暴露出的所述复合介质膜的下表面形成吸热材料层的步骤。

如上所述，本发明的热电堆型高温热流传感器及其制备方法，具有以下有益效果：

1.本发明的热电堆型高温热流传感器的结构简单，热偶对数降低至1至2对，可以承受高温热流冲击，实现高温恶劣环境中热流密度的快速、准确测量，在高温环境中工作稳定，可靠性强；

2.本发明采用mems技术制造热流器件，具有体积小，响应速度快等得天独厚的优势，同时采用简单的热电堆敏感结构，制备过程简单，可控性强，与现行成熟的半导体工艺具有良好的兼容性；

3.本发明采用简单的热电偶或热电堆敏感结构，相较于传统热电堆结构，可以大幅度降低响应时间，使得响应时间达到数毫秒量级甚至微毫秒量级，在诸如航空、航天发动机等高速反应的场合中，可以实现快速、准确的测量，并且结构稳定，可以承受高温热流冲击；

4.本发明采用具有高热电性能的多晶硅与金属作为热电材料，制备多晶硅/金属热电堆，在满足高温稳定性的条件下，利用硅基半导体工艺建立低应力支撑薄膜，降低器件的热容，减小器件的响应时间，同时增大热电堆热端结构和冷端结构的温差，从而实现高温大热流环境下热流密度的快速精确测量；

5.本发明除了采用多晶硅外，还可以采用具有优异高温性能的单晶sic等作为电阻块的热电材料，制造sic/金属热电堆，可以将硅基传感器的工作温度提高2-3倍；从而使其可以在超高温环境中的应用。

附图说明

图1显示为本发明实施例一中提供的一种热电堆型高温热流传感器的制备方法的流程图。

图2至图18显示为本发明实施例一中提供的一种热电堆型高温热流传感器的制备方法中各步骤所得结构的结构示意图；其中，图13及图16显示为本发明实施例二中提供的热电堆型高温热流传感器的立体结构示意图，图14及图15显示为图13对应不同示例的截面结构示意图，图17及图18显示为图16对应不同示例的截面结构示意图。

元件标号说明

10衬底

101隔热腔体

11复合介质膜

12电阻块

121电阻材料层

122冷端结构

123热端结构

124热电偶臂

13绝缘介质层

131引线孔

14金属图层

141电极

1411中心电极

1412正电极

1413负电极

1414连接臂电极

1415连接电极

142引线

s1～s7各步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

请参阅图1，本发明提供一种热电堆型高温热流传感器的制备方法，所述热电堆型高温热流传感器的制备方法包括如下步骤：

1)提供衬底；

2)于所述衬底的上表面形成复合介质膜，所述复合介质膜覆盖所述衬底的上表面；

3)于所述复合介质膜的上表面形成电阻块；

4)于所述电阻块的表面形成绝缘介质层，所述绝缘介质层覆盖所述电阻块；

5)于所述绝缘介质层内形成引线孔，所述引线孔沿所述绝缘介质层的厚度贯穿所述绝缘介质层以暴露出所述电阻块；

6)于所述绝缘介质层上形成金属图层，所述金属图层包括电极及引线，其中，所述电极位于所述绝缘介质层的上表面，所述引线填充于所述引线孔内，所述电极经由所述引线与所述电阻块电连接；所述金属图层与所述电阻块及位于所述金属图层及所述电阻块之间的所述绝缘介质层共同构成热电堆；

7)自所述衬底背面刻蚀所述衬底，以于所述衬底内形成隔热腔体，所述隔热腔体沿所述衬底的厚度方向贯穿所述衬底，以暴露出所述复合介质膜的下表面；所述电阻块部分位于所述隔热腔体的正上方。

在步骤1)中，请参阅图1中的s1步骤及图2，提供衬底10。

作为示例，所述衬底10可以包括单晶硅片；当后续使用各向异性湿法腐蚀工艺形成隔热腔体时，所述衬底10优选为(100)晶向的单晶硅片；当后续使用各向同性湿法腐蚀工艺或干法刻蚀工艺形成隔热腔体时，所述衬底10的晶向不做限定。优选地，本实施例中，所述衬底10包括双面抛光单晶硅片。

在步骤2)中，请参阅图1中的s2步骤及图3，于所述衬底10的上表面形成复合介质膜11，所述复合介质膜11覆盖所述衬底10的上表面。

作为示例，可以采用热氧化工艺或化学气相沉积(cvd)工艺形成所述复合介质膜11。

作为示例，所述复合介质膜11可以包括单层的氧化硅层或单层的氮化硅层，也可以包括多层氧化硅层和氮化硅层的复合结构；优选地，本实施例中，所述复合介质膜11包括氧化硅层及氮化硅层两层膜复合而成的结构。

作为示例，所述复合介质膜11的厚度可以根据实际需要进行设定，优选地，所述复合介质膜11的厚度可以包括0.3μm～10μm，更为优选地，本实施例中，所述复合介质膜11的厚度可以为0.5μm。

在步骤3)中，请参阅图1中的s3步骤及图4至图6，于所述复合介质膜11的上表面形成电阻块12。

作为示例，步骤3)中，于所述复合介质膜11的上表面形成电阻块12包括如下步骤：

3-1)于所述复合介质膜11的上表面形成电阻材料层121，如图4所示；

3-2)对所述电阻材料层121进行p型掺杂或n型掺杂；

3-3)将掺杂后的所述电阻材料层121图形化；

3-4)将图形化后的所述电阻材料层121进行退火处理及得到所述电阻块12，如图5及图6所示。

作为示例，可以采用但不仅限于化学气相沉积工艺于所述复合介质膜11的上表面形成所述电阻材料层121；所述电阻材料层121的材料可以包括多晶硅、单晶硅、4h-sic、6h-sic或3c-sic。所述电阻材料层121的材料选用4h-sic、6h-sic或3c-sic，制备得到的sic/金属热电堆可以将硅基传感器的工作温度提高2～3倍，从而使得本发明的热电堆型高温热流传感器可以在超高温环境中的应用。

作为示例，所述电阻材料层121的厚度可以根据实际需要进行设定，优选地，所述电阻材料层121的厚度可以包括0.3μm～2μm，更为优选地，本实施例中，所述电阻材料层121的厚度可以为0.8μm。

作为示例，可以采用离子注入工艺对所述电阻材料层121进行p型掺杂或n型掺杂，可以采用各向异性湿法腐蚀工艺、各向同性湿法腐蚀工艺或干法刻蚀工艺将掺杂后的所述电阻材料层121图形化。

在一示例中，如图5所示，所述电阻块12包括热端结构123、冷端结构122及热电偶臂124(图5中未示意出)；所述热端结构123至少部分位于后续要形成的隔热腔体的正上方；所述冷端结构122位于所述热端结构123的外围，且与所述热端结构123之间具有间距；所述热电偶臂124位于所述热端结构123与所述冷端结构122之间，所述热电偶臂124的一端与所述热端结构123相连接，另一端与所述冷端结构122相连接。具体的，所述热电偶臂124的数量可以为一根或两根，当所述热电偶臂124的数量为两根时，两根所述热电偶臂124对称地分布于所述热端结构123相对的两侧。

作为示例，所述冷端结构122的数量可以为两个，两个所述冷端结构122设置于所述热端结构123相对的两端，且两个所述冷端结构122之间具有间距。两根所述热电偶臂124中的一根所述热电偶臂124的一端与所述热端结构123相连接，另一端与一所述冷端结构122相连接；另一根所述热电偶臂124的一端与所述热端结构123相连接，另一端与另一所述冷端结构122相连接。

作为示例，所述热端结构123的形状可以包括但不仅限于圆柱形。

在另一示例中，如图6所示，所述电阻块12包括热端结构123、冷端结构122及热电偶臂124(图6中未示意出)；所述热端结构123的数量为两个，两个所述热端结构123至少部分位于后续形成的隔热腔体的正上方，且两个所述热端结构123之间具有间距；所述冷端结构122位于所述热端结构123的外围，且与所述热端结构123之间具有间距；所述热电偶臂124位于所述热端结构123与所述冷端结构122之间，所述热电偶臂124的数量为两个，其中，一所述热电偶臂124的一端与一所述热端结构123相连接，另一端与所述冷端结构122相连接，另一所述热电偶臂124的一端与另一所述热端结构123相连接，另一端与所述冷端结构122相连接。

作为示例，两个所述热端结构123的形状可以包括但不仅限于半圆柱形。

作为示例，所述冷端结构122的数量可以为三个，三个所述冷端结构122之间具有间距；三个所述冷端结构122分别用于在其上形成正电极、负电极及连接电极。一所述热电偶臂124的一端与一所述热端结构123相连接，另一端与后续在其表面上形成负电极的所述冷端结构122相连接；另一所述热电偶臂124的一端与另一所述热端结构123相连接，另一端与后续在其表面上形成连接电极的所述冷端结构122相连接。

在步骤4)中，请参阅图1中的s4步骤及图7至图8，于所述电阻块12的表面形成绝缘介质层13，所述绝缘介质层13覆盖所述电阻块12。

作为示例，可以采用热氧化工艺、等离子体增强化学气相沉积(pecvd)工艺形成所述绝缘介质层13。

作为示例，所述绝缘介质层13的材料可以包括氧化硅及氮化硅中的至少一种。优选地，本实施例中，所述绝缘介质层13包括厚度为0.1μm的氧化硅层。

在步骤5)中，请参阅图1中的s5步骤及图9至图10，于所述绝缘介质层13内形成引线孔131，所述引线孔131沿所述绝缘介质层13的厚度贯穿所述绝缘介质层13以暴露出所述电阻块12。

作为示例，可以采用干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺刻蚀所述绝缘介质层13以于所述绝缘介质层13内形成所述引线孔131。

在一示例中，如图9所示，所述引线孔131的数量为两个，其中，一个所述引线孔131位于后续形成正电极的下方的冷端结构122上表面的所述绝缘介质层13内，另一个所述引线孔131位于所述热端结构123上表面的所述绝缘介质层13内。

在另一示例中，如图10所示，所述引线孔131的数量为四个，其中，一个所述引线孔131位于后续形成正电极的下方的所述冷端结构122上表面的所述绝缘介质层13内，两个所述引线孔131分别位于两个所述热端结构123上表面的所述绝缘介质层13内，另一个所述引线孔131位于后续形成的连接电极的下方的所述冷端结构122上表面的所述绝缘介质层13内。需要说明的是，由于截面图角度的问题，图10中并未示意出位于后续形成的连接电极的下方的所述冷端结构122上表面的所述绝缘介质层13内的所述引线孔131。

在步骤6)中，请参阅图1中的s6步骤及图11、图12、图13及图16，于所述绝缘介质层13上形成金属图层14，所述金属图层14包括电极141及引线142，其中，所述电极141位于所述绝缘介质层13的上表面，所述引线142填充于所述引线孔131内，所述电极141经由所述引线142与所述电阻块12电连接；所述金属图层14与所述电阻块12及位于所述金属图层14及所述电阻块12之间的所述绝缘介质层13共同构成热电堆。

在一示例中，在步骤6)中，于所述绝缘介质层13上形成所述金属图层14可以包括如下步骤：

6-1)于所述引线孔131内形成引线142；

6-2)于所述绝缘介质层13的上表面形成金属材料层(未示出)；

6-3)采用剥离工艺将所述金属材料层进行图形化以得到所述电极141。

在另一示例中，在步骤6)中，于所述绝缘介质层13上形成所述金属图层14可以包括如下步骤：

6-1)于所述绝缘介质层13的上表面形成图形化掩膜层(未示出)，所述图形化掩膜层内形成有开口图形，所述开口图形定义出所述引线142及所述电极141的形状及位置；

6-2)基于所述图形化掩膜层采用电镀工艺于所述引线孔131内形成引线142并于所述绝缘介质层13的上表面形成所述电极141；

6-3)去除所述图形化掩膜层。

作为示例，所述图形化掩膜层可以包括光刻胶层，所述图形化掩膜层的厚度可以包括1μm～10μm。

作为示例，所述电极141及所述引线142的材料可以包括但不仅限于钛、钨、铂、铬及金中的至少一种；所述电极141的厚度可以包括0.2μm～2μm。

作为示例，步骤6-3)中，可以将步骤6-2)所得的结构置于丙酮中采用超声清洗以去除所述图形化掩膜层。

在一示例中，如图11及图13中所示，所述电极141包括：中心电极1411、正电极1412、负电极1413及连接臂电极1414；所述中心电极1411位于所述热端结构123的正上方；所述正电极1412位于一所述冷端结构122的正上方，且位于所述中心电极1411的一侧，所述正电极1412与所述中心电极1411具有间距；所述负电极1413位于另一所述冷端结构122的正上方，且位于所述中心电极1411远离所述正电极1412的一侧，所述负电极1413与所述中心电极1411及所述正电极1412均具有间距；所述连接臂电极1414位于各所述热电偶臂124的正上方，且位于所述中心电极1411与所述正电极1412及所述负电极1413之间，所述连接臂电极1414的数量为两个，其中，一个所述连接臂电极1414一端与所述中心电极1411相连接，另一端与所述正电极1412相连接，另一所述连接臂电极1414一端与所述中心电极1411相连接，另一端与所述负电极1413相连接；所述引线142位于所述正电极1412与所述电阻块122之间及所述中心电极1411与所述电极块12之间，以将所述正电极1412及所述中心电极1411与所述电阻块12电连接。具体的，所述引线142的数量为两个，其中一个所述引线142位于所述正电极1412与位于所述正电极1412正下方的所述冷端结构122之间，以将所述正电极1412与位于其正下方的所述冷端结构122电连接；另一所述引线142位于所述中心电极1411与所述热端结构123之间，以将所述中心电极1411与所述热端结构123电连接。在该示例中，所述金属图层14与所述电阻块12相连接而构成一个热电偶结构。

在另一示例中，如图12及图16所示，所述电极141包括：中心电极1411、正电极1412、负电极1413、连接电极1415及连接臂电极1414；所述中心电极1411的数量为两个，各所述中心电极1411分别一一对应设置于各所述热端结构123的正上方；所述正电极1412、所述负电极1413及所述连接电极1415均位于所述中心电极1411外围，且所述正电极1412、所述负电极1413及所述连接电极1415与所述中心电极1411之间及所述正电极1412、所述负电极1413及所述连接电极1415之间均具有间距；所述正电极1412、所述负电极1413及所述连接电极1415分别位于不同的所述冷端结构122的正上方；所述连接臂电极1414位于各所述热电偶臂124的正上方，且位于所述中心电极1411与所述负电极1413及所述连接电极1415之间，所述连接臂电极1414的数量为两个，其中，一个所述连接臂电极1414一端与一所述中心电极1411相连接，另一端与所述负电极1413相连接，另一所述连接臂电极1414一端与另一所述中心电极1411相连接，另一端与所述连接电极1415相连接；所述引线142位于所述正电极1412与所述电阻块12之间、所述连接电极1415与所述电阻块12之间及各所述中心电极1411与所述电极块12之间，以将所述正电极1412、所述连接电极1415及各所述中心电极1411与所述电阻块12电连接。具体的，所述引线142的数量为四个，其中一个所述引线142位于所述正电极1412与位于所述正电极1412正下方的所述冷端结构122之间，以将所述正电极1412与位于其正下方的所述冷端结构122电连接；两个所述引线142分别位于对应设置于两个所述中心电极1411与两个所述热端结构123之间，即两个所述引线142位于所述中心电极1411与位于其正下方的所述热端结构123之间，以将所述中心电极1411与位于其正下方的所述热端结构123电连接；另一个所述引线142位于所述连接电极1415与位于所述连接电极1415正下方的所述冷端结构122之间，以将所述连接电极1415与所述冷端结构122电连接。在该示例中，所述金属图层14与所述电阻块12相连接而构成两个热电偶结构，两个所述热电偶结构串联形成热电堆结构。

在步骤7)中，请参阅图1中的s7步骤及图13至图18，自所述衬底10背面刻蚀所述衬底10，以于所述衬底10内形成隔热腔体101，所述隔热腔体101沿所述衬底10的厚度方向贯穿所述衬底10，以暴露出所述复合介质膜11的下表面；所述电阻块12部分位于所述隔热腔体101的正上方。

作为示例，可以采用各向异性湿法腐蚀工艺、各向同性湿法腐蚀工艺或干法刻蚀工艺自所述衬底10的背面刻蚀所述衬底10以于所述衬底10内形成所述隔热腔体101；优选地，本实施例中，采用深反应离子刻蚀工艺自所述衬底10的背面刻蚀所述衬底10以形成所述隔热腔体101；所述隔热腔体101的纵截面形状包括矩形或梯形。

在一示例中，如图14所示及图17所示，在同一方向上，所述热端结构123的横向尺寸可以小于所述隔热腔体101的横向尺寸；在另一示例中，如图15及图18所示，在同一方向上所述热端结构123的横向尺寸还可以大于所述隔热腔体101的横向尺寸。

作为示例，步骤7)形成所述隔热腔体101之后还包括于所述隔热腔体101暴露出的所述复合介质膜11的下表面形成吸热材料层(未示出)的步骤。由于所述隔热腔体101暴露出的所述复合介质膜11的下表面为吸热敏感面，通过在所述隔热腔体101暴露出的所述复合介质膜11的下表面形成所述吸热材料层，即可以提高吸热敏感面的吸热效率，确保输出信号的灵敏度，又可以提高所述复合介质膜11的强度。

作为示例，所述吸热材料层的材料可以包括金属黑(即在超微粒状态下可以呈现出黑色的性质的金属)、碳黑或碳纳米管等等。

本实施例中热电堆型高温热流传感器的制备方法制备的所述热电堆型高温热流传感器的工作原理为：所述隔热腔体101暴露出的所述复合介质膜11的下表面(即所述吸热敏感面)吸收热量，热量迅速沿其半径方向流动，形成温度梯度；将所述吸热敏感面的上方设置正电极(热电极)，所述热敏敏感面外围的衬底上方形成负电极(冷电极)，这样，入射热流的强弱可以通过热电堆输出电势的大小直接测量。

实施例二

请继续参阅图13至图18，本发明还提供一种热电堆型高温热流传感器，所述热电堆型高温热流传感器包括：衬底10，所述衬底10内形成有隔热腔体101，所述隔热腔体101沿所述衬底10的厚度方向贯穿所述衬底10；复合介质膜11，所述复合介质膜11位于所述衬底10的上表面且覆盖所述隔热腔体101的上表面；电阻块12，所述电阻块12位于所述复合介质膜11的上表面，且位于所述衬底10的正上方及所述隔热腔体101的正上方；绝缘介质层13，所述绝缘介质层13覆盖所述电阻块12的表面；金属图层14，所述金属图层14包括电极141及引线142，所述电极141位于所述绝缘介质层13的上表面，所述引线142位于所述绝缘介质层13内，所述电极141经由所述引线142与所述电阻块12电连接。

作为示例，所述金属图层14与所述电阻块12及位于所述金属图层14与所述电阻块12之间的所述绝缘介质层13共同构成热电堆。

作为示例，所述衬底10可以包括单晶硅片；当后续使用各向异性湿法腐蚀工艺形成隔热腔体时，所述衬底10优选为(100)晶向的单晶硅片；当后续使用各向同性湿法腐蚀工艺或干法刻蚀工艺形成隔热腔体时，所述衬底10的晶向不做限定。优选地，本实施例中，所述衬底10包括双面抛光单晶硅片。

作为示例，所述复合介质膜11的厚度可以根据实际需要进行设定，优选地，所述复合介质膜11的厚度可以包括0.3μm～10μm，更为优选地，本实施例中，所述复合介质膜11的厚度可以为0.5μm。

作为示例，所述隔热腔体101的纵截面形状包括矩形或梯形。

作为示例，所述绝缘介质层13的材料可以包括氧化硅及氮化硅中的至少一种。优选地，本实施例中，所述绝缘介质层13包括厚度为0.1μm的氧化硅层。

作为示例，所述电阻块12的材料可以包括多晶硅、单晶硅、4h-sic、6h-sic或3c-sic。所述电阻块12的材料选用4h-sic、6h-sic或3c-sic，制备得到的sic/金属热电堆可以将硅基传感器的工作温度提高2～3倍，从而使得本发明的热电堆型高温热流传感器可以在超高温环境中的应用。

作为示例，所述电阻块12的厚度可以根据实际需要进行设定，优选地，所述电阻块12的厚度可以包括0.3μm～2μm，更为优选地，本实施例中，所述电阻块12的厚度可以为0.8μm。

在一示例中，如图13至图15所示，所述电阻块12包括热端结构123、冷端结构122及热电偶臂124；所述热端结构123至少部分位于后续要形成的隔热腔体的正上方；所述冷端结构122位于所述热端结构123的外围，且与所述热端结构123之间具有间距；所述热电偶臂124位于所述热端结构123与所述冷端结构122之间，所述热电偶臂124的一端与所述热端结构123相连接，另一端与所述冷端结构122相连接。具体的，所述热电偶臂124的数量可以为一根或两根，当所述热电偶臂124的数量为两根时，两根所述热电偶臂124对称地分布于所述热端结构123相对的两侧。

作为示例，如图13至图15所示，所述电极141包括：中心电极1411、正电极1412、负电极1413及连接臂电极1414；所述中心电极1411位于所述热端结构123的正上方；所述正电极1412位于一所述冷端结构122的正上方，且位于所述中心电极1411的一侧，所述正电极1412与所述中心电极1411具有间距；所述负电极1413位于另一所述冷端结构122的正上方，且位于所述中心电极1411远离所述正电极1412的一侧，所述负电极1413与所述中心电极1411及所述正电极1412均具有间距；所述连接臂电极1414位于各所述热电偶臂124的正上方，且位于所述中心电极1411与所述正电极1412及所述负电极1413之间，所述连接臂电极1414的数量为两个，其中，一个所述连接臂电极1414一端与所述中心电极1411相连接，另一端与所述正电极1412相连接，另一所述连接臂电极1414一端与所述中心电极1411相连接，另一端与所述负电极1413相连接；所述引线142位于所述正电极1412与所述电阻块122之间及所述中心电极1411与所述电极块12之间，以将所述正电极1412及所述中心电极1411与所述电阻块12电连接。具体的，所述引线142的数量为两个，其中一个所述引线142位于所述正电极1412与位于所述正电极1412正下方的所述冷端结构122之间，以将所述正电极1412与位于其正下方的所述冷端结构122电连接；另一所述引线142位于所述中心电极1411与所述热端结构123之间，以将所述中心电极1411与所述热端结构123电连接。在该示例中，所述金属图层14与所述电阻块12相连接而构成一个热电偶结构。

在另一示例中，如图16至图18所示，所述电阻块12包括热端结构123、冷端结构122及热电偶臂124；所述热端结构123的数量为两个，两个所述热端结构123至少部分位于后续形成的隔热腔体的正上方，且两个所述热端结构123之间具有间距；所述冷端结构122位于所述热端结构123的外围，且与所述热端结构123之间具有间距；所述热电偶臂124位于所述热端结构123与所述冷端结构122之间，所述热电偶臂124的数量为两个，其中，一所述热电偶臂124的一端与一所述热端结构123相连接，另一端与所述冷端结构122相连接，另一所述热电偶臂124的一端与另一所述热端结构123相连接，另一端与所述冷端结构122相连接。

作为示例，两个所述热端结构123的形状可以包括但不仅限于半圆柱形。

作为示例，所述冷端结构122的数量可以为三个，三个所述冷端结构122之间具有间距；三个所述冷端结构122分别用于在其上形成正电极、负电极及连接电极。一所述热电偶臂124的一端与一所述热端结构123相连接，另一端与后续在其表面上形成负电极的所述冷端结构122相连接；另一所述热电偶臂124的一端与另一所述热端结构123相连接，另一端与后续在其表面上形成连接电极的所述冷端结构122相连接。

作为示例，如图16至图18所示，所述电极141包括：中心电极1411、正电极1412、负电极1413、连接电极1415及连接臂电极1414；所述中心电极1411的数量为两个，各所述中心电极1411分别一一对应设置于各所述热端结构123的正上方；所述正电极1412、所述负电极1413及所述连接电极1415均位于所述中心电极1411外围，且所述正电极1412、所述负电极1413及所述连接电极1415与所述中心电极1411之间及所述正电极1412、所述负电极1413及所述连接电极1415之间均具有间距；所述正电极1412、所述负电极1413及所述连接电极1415分别位于不同的所述冷端结构122的正上方；所述连接臂电极1414位于各所述热电偶臂124的正上方，且位于所述中心电极1411与所述负电极1413及所述连接电极1415之间，所述连接臂电极1414的数量为两个，其中，一个所述连接臂电极1414一端与一所述中心电极1411相连接，另一端与所述负电极1413相连接，另一所述连接臂电极1414一端与另一所述中心电极1411相连接，另一端与所述连接电极1415相连接；所述引线142位于所述正电极1412与所述电阻块12之间、所述连接电极1415与所述电阻块12之间及各所述中心电极1411与所述电极块12之间，以将所述正电极1412、所述连接电极1415及各所述中心电极1411与所述电阻块12电连接。具体的，所述引线142的数量为四个，其中一个所述引线142位于所述正电极1412与位于所述正电极1412正下方的所述冷端结构122之间，以将所述正电极1412与位于其正下方的所述冷端结构122电连接；两个所述引线142分别位于对应设置于两个所述中心电极1411与两个所述热端结构123之间，即两个所述引线142位于所述中心电极1411与位于其正下方的所述热端结构123之间，以将所述中心电极1411与位于其正下方的所述热端结构123电连接；另一个所述引线142位于所述连接电极1415与位于所述连接电极1415正下方的所述冷端结构122之间，以将所述连接电极1415与所述冷端结构122电连接。在该示例中，所述金属图层14与所述电阻块12相连接而构成两个热电偶结构，两个所述热电偶结构串联形成热电堆结构。

作为示例，所述金属图层14的材料可以包括但不仅限于钛、钨、铂、铬及金中的至少一种；所述电极141的厚度可以包括0.2μm～2μm。

在一示例中，如图14所示及图17所示，在同一方向上，所述热端结构123的横向尺寸可以小于所述隔热腔体101的横向尺寸；在另一示例中，如图15及图18所示，在同一方向上所述热端结构123的横向尺寸还可以大于所述隔热腔体101的横向尺寸。

作为示例，所述热电堆型高温热流传感器还包括热量吸收材料层(未示出)，所述热量吸收材料层至少位于所述隔热腔体101暴露出的所述复合介质膜11的下表面。由于所述隔热腔体101暴露出的所述复合介质膜11的下表面为吸热敏感面，通过在所述隔热腔体101暴露出的所述复合介质膜11的下表面形成所述吸热材料层，即可以提高吸热敏感面的吸热效率，确保输出信号的灵敏度，又可以提高所述复合介质膜11的强度。

本实施例中所述的热电堆型高温热流传感器的工作原理为：所述隔热腔体101暴露出的所述复合介质膜11的下表面(即所述吸热敏感面)吸收热量，热量迅速沿其半径方向流动，形成温度梯度；将所述吸热敏感面的上方设置正电极(热电极)，所述热敏敏感面外围的衬底上方形成负电极(冷电极)，这样，入射热流的强弱可以通过热电堆输出电势的大小直接测量。

综上所述，本发明提供一种热电堆型高温热流传感器及其制备方法，所述热电堆型高温热流传感器包括：衬底，所述衬底内形成有隔热腔体，所述隔热腔体沿所述衬底的厚度方向贯穿所述衬底；复合介质膜，位于所述衬底的上表面且覆盖所述隔热腔体的上表面；电阻块，位于所述复合介质膜的上表面，且位于所述衬底的正上方及所述隔热腔体的正上方；绝缘介质层，覆盖所述电阻块的表面；金属图层，包括电极及引线，所述电极位于所述绝缘介质层的上表面，所述引线位于所述绝缘介质层内，所述电极经由所述引线与所述电阻块电连接；所述金属图层与所述电阻块及位于所述金属图层及所述电阻块之间的所述绝缘介质层共同构成热电堆。本发明的热电堆型高温热流传感器及其制备方法，具有以下有益效果：1.本发明的热电堆型高温热流传感器的结构简单，热偶对数降低至1至2对，可以承受高温热流冲击，实现高温恶劣环境中热流密度的快速、准确测量，在高温环境中工作稳定，可靠性强；2.本发明采用mems技术制造热流器件，具有体积小，响应速度快等得天独厚的优势，同时采用简单的热电堆敏感结构，制备过程简单，可控性强，与现行成熟的半导体工艺具有良好的兼容性；3.本发明采用简单的热电偶或热电堆敏感结构，相较于传统热电堆结构，可以大幅度降低响应时间，使得响应时间达到数毫秒量级甚至微毫秒量级，在诸如航空、航天发动机等高速反应的场合中，可以实现快速、准确的测量，并且结构稳定，可以承受高温热流冲击；4.本发明采用具有高热电性能的多晶硅与金属作为热电材料，制备多晶硅/金属热电堆，在满足高温稳定性的条件下，利用硅基半导体工艺建立低应力支撑薄膜，降低器件的热容，减小器件的响应时间，同时增大热电堆热端结构和冷端结构的温差，从而实现高温大热流环境下热流密度的快速精确测量；5.本发明除了采用多晶硅外，还可以采用具有优异高温性能的单晶sic等作为电阻块的热电材料，制造sic/金属热电堆，可以将硅基传感器的工作温度提高2-3倍；从而使其可以在超高温环境中的应用。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。