CH680541A5

CH680541A5 -

Info

Publication number: CH680541A5
Application number: CH2326/90A
Authority: CH
Inventors: Tsing Dschen
Original assignee: Landis & Gyr Betriebs Ag
Priority date: 1990-07-12
Filing date: 1990-07-12
Publication date: 1992-09-15
Also published as: FR2664745B1; FR2664745A1; DE4110653C2; DE4110653A1

Description

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Beschreibung description

Die Erfindung bezieht sich auf einen thermoelek-trischen Wandler gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Wandlers gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 7. The invention relates to a thermoelectric converter according to the preamble of claim 1 and to a method for producing such a converter according to the preamble of claim 7.

Solche Wandler eignen sich beispielsweise zur Messung von Temperaturdifferenzen und von anderen Grössen, die sich in eine Temperaturdifferenz wandeln lassen. Such transducers are suitable, for example, for measuring temperature differences and other variables that can be converted into a temperature difference.

Es ist ein thermoelektrischer Wandler dieser Art bekannt (DE-OS 3 707 631), bei dem eine Vielzahl von Thermoelementen auf einem monolithischen Chip in Reihenschaltung planar angeordnet sind. A thermoelectric converter of this type is known (DE-OS 3 707 631), in which a multiplicity of thermocouples are arranged planar on a monolithic chip in series connection.

Aus der DE-PS 2 553 672 ist ausserdem bekannt, mit einem Thermoelement infrarote Strahlung zu detektieren und aus der DE-OS 3 839 414 ist ein sogenannter Planar-Pellistor bekannt, bei dem auf einem der in einer Wheatstoneschen Brücke angeordneten Temperatur-Messwiderstände eine Katalysatorschicht angebracht ist. Aus der DE-OS 3 519 397 sind Katalysatoren für verschiedene Zwecke bekannt. From DE-PS 2 553 672 it is also known to detect infrared radiation with a thermocouple and from DE-OS 3 839 414 a so-called planar pellistor is known in which one of the temperature measuring resistors arranged in a Wheatstone bridge is one Catalyst layer is attached. DE-OS 3 519 397 catalysts for various purposes are known.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Empfindlichkeit eines solchen als Sensor zu verwendenden Wandlers zu verbessern. The invention has for its object to improve the sensitivity of such a transducer to be used as a sensor.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 6. Ein Verfahren zur Herstellung des Erfindungsgegenstandes ist im Anspruch 7 angegeben, dessen vorteilhafte Ausgestaltungen in den Ansprüchen 8 bis 9 genannt sind. According to the invention, the stated object is achieved by the features of claim 1. Advantageous refinements result from claims 2 to 6. A method for producing the subject of the invention is specified in claim 7, the advantageous refinements of which are mentioned in claims 8 to 9.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 eine Anordnung einer Vielzahl von Thermoelementen, 1 shows an arrangement of a plurality of thermocouples,

Fig. 2 Details einer solchen Anordnung, 2 details of such an arrangement,

Fig. 3a bis 3e Stufen des Herstellungsverfahrens, 3a to 3e stages of the manufacturing process,

Fig. 4 einen Sensor zur Messung infraroter Strahlung und Fig. 4 shows a sensor for measuring infrared radiation and

Fig. 5 einen Sensor zur Messung von Strömungsgeschwindigkeiten von Gasen oder Flüssigkeiten. 5 shows a sensor for measuring flow velocities of gases or liquids.

In der Fig. 1 sind mit der Bezugszahl 1 Filmstreifen eines ersten Leitermaterials und mit der Bezugszahl 2 Filmstreifen eines zweiter Leitermaterials bezeichnet. Diese Filmstreifen 1, 2 sind zweifach entgegengesetzt um jeweils etwa 90 Grad abgewinkelt. So besteht jeder Filmstreifen 1, 2 aus einem ersten Schenkel 1a, 2a (Fig. 2), einem Mittelstück 1b, 2b und einem zweiten Schenkel 1 c, 2c, wobei die ersten Schenkel 1a, 2a und die zweiten Schenkel 1c, 2c parallel liegen und die Mittelstücke 1b, 2b annähernd senkrecht dazu stehen. Die Filmstreifen 1 des ersten Leitermaterials und die Filmstreifen 2 des zweiten Leitermaterials sind dabei so angeordnet (Fig. 1), dass der zweite Schenkel 1c aus dem ersten Leitermaterial mit dem zweiten Schenkel 2c aus dem zweiten Leitermaterial des nächstfolgenden Filmstreifens 2 direkt leitend in Verbindung steht und dabei eine Verbindungsstelle 3 erster Art bildet, während der erste Schenkel 2a aus dem zweiten Leitermaterial mit dem ersten Schenkel 1 a des nächsten Filmstreifens 1 aus dem ersten Leitermaterial direkt leitend in Verbindung steht und dabei eine Verbindungsstelle 4 zweiter Art bildet. Alle Verbindungsstellen 3 erster Art liegen in einer ersten Ebene 5 und alle Verbindungsstellen 4 zweiter Art liegen in einer zweiten Ebene 6. 1, the reference number 1 denotes film strips of a first conductor material and the reference number 2 film strips of a second conductor material. These film strips 1, 2 are angled in two opposite directions, each about 90 degrees. Each film strip 1, 2 consists of a first leg 1a, 2a (FIG. 2), a center piece 1b, 2b and a second leg 1c, 2c, the first leg 1a, 2a and the second leg 1c, 2c lying parallel and the center pieces 1b, 2b are approximately perpendicular to it. The film strips 1 of the first conductor material and the film strips 2 of the second conductor material are arranged in such a way (FIG. 1) that the second leg 1c made of the first conductor material is in direct contact with the second leg 2c made of the second conductor material of the next film strip 2 and thereby forms a connection point 3 of the first type, while the first leg 2a made of the second conductor material is in direct contact with the first leg 1a of the next film strip 1 made of the first conductor material and thereby forms a connection point 4 of the second type. All connection points 3 of the first type lie in a first level 5 and all connection points 4 of the second type lie in a second level 6.

Eine Vielzahl von Filmstreifen 1 des ersten Leitermaterials und Filmstreifen 2 des zweiten Leitermaterials liegt dabei hinsichtlich einer Bezugsrichtung R hintereinander. Bezogen auf diese Bezugsrichtung R sind die Verbindungsstellen 3 erster Art charakterisiert durch die Reihung erstes/zweites Leitermaterial, während die Verbindungsstellen 4 zweiter Art durch die Reihung zweites/erstes Leitermaterial gekennzeichnet sind. Die Bezugsrichtung R ist in der Fig. 1 als Gerade dargestellt, kann jedoch auch als Kurve angesehen werden, die dem tatsächlichen Verlauf der aufeinanderfolgenden Filmstreifen 1, 2, 1, 2,1 und so fort folgt. A plurality of film strips 1 of the first conductor material and film strips 2 of the second conductor material lie one behind the other with respect to a reference direction R. In relation to this reference direction R, the connection points 3 of the first type are characterized by the sequence of first / second conductor material, while the connection points 4 of the second type are characterized by the sequence of second / first conductor material. The reference direction R is shown in FIG. 1 as a straight line, but can also be viewed as a curve which follows the actual course of the successive film strips 1, 2, 1, 2,1 and so on.

Die Filmstreifen 1 bestehen bevorzugt aus Wismut, können aber beispielsweise auch aus Silizium, Nickel oder Chrom bestehen. Die Filmstreifen 2 bestehen bevorzugt aus Antimon, können aber beispielsweise auch aus Germanium, Aluminium, Kupfer oder Nickel bestehen. Jeder Filmstreifen 1 bildet mit dem benachbarten Filmstreifen 2 ein Thermoelementpaar. Geeignete Thermoelementpaare sind die Werkstoff-Kombinationen Wismut/Antimon, Silizium/Germanium, Silizium/Aluminium, Nickel/Kupfer und Chrom/Nickel. Auch Legierungen dieser Stoffe sind geeignet, so zum Beispiel Legierungen von Wismut und Antimon mit Selen und Tellur. The film strips 1 are preferably made of bismuth, but can also consist of silicon, nickel or chromium, for example. The film strips 2 are preferably made of antimony, but can also consist, for example, of germanium, aluminum, copper or nickel. Each filmstrip 1 forms a pair of thermocouples with the adjacent filmstrip 2. Suitable thermocouple pairs are the material combinations bismuth / antimony, silicon / germanium, silicon / aluminum, nickel / copper and chrome / nickel. Alloys of these substances are also suitable, for example alloys of bismuth and antimony with selenium and tellurium.

Ein thermoelektrischer Wandler wird gebildet aus einer Vielzahl von hintereinander in Reihe geschalteten Thermoelementpaaren. Besteht eine Temperaturdifferenz zwischen den Verbindungsstellen 3, 4 erster und zweiter Art, so lässt sich am thermoelek-trischen Wandler eine Spannung abgreifen, die der Temperaturdifferenz proportional ist. Durch die Hintereinanderschaltung sehr vieler Thermoelementpaare entsteht auch bei kleiner Temperaturdifferenz eine der genügend genauen Messung zugängliche Spannung. Die Verbindungsstellen 3 erster Art können als Mess- oder Fühlerstellen, die Verbindungsstellen 4 zweiter Art als Referenzoder Vergleichsstellen bezeichnet werden. A thermoelectric converter is formed from a large number of thermocouple pairs connected in series. If there is a temperature difference between the connection points 3, 4 of the first and second type, then a voltage can be tapped at the thermoelectric converter which is proportional to the temperature difference. The series connection of a large number of thermocouple pairs creates a voltage that is accessible to the sufficiently precise measurement, even with a small temperature difference. The connection points 3 of the first type can be referred to as measuring or sensor points, the connection points 4 of the second type as reference or comparison points.

Zur Herstellung eines solchen Wandlers wird von einem Substratplättchen 7 (Fig. 3a) ausgegangen, das mit einem strukturformbaren Stoff beschichtet wird. Das Substratplättchen 7 besteht aus einem elektrisch isolierenden und gut wärmeleitenden Material, beispielsweise Keramik oder mit Siliziumnitrid beschichtetes Silizium. Als strukturformbarer Stoff kann ein Photoresist verwendet werden. Nach einem der bekannten photolithographischen Verfahren werden anschliessend Vertiefungen 8 in der Schicht aus Photoresist erzeugt, so dass schliesslich ein in der Fig. 3a gezeigtes Produkt ensteht, das aus einzelnen Blöcken 9 aus Photoresist auf dem Substratplättchen 7 besteht. Die To manufacture such a transducer, a substrate plate 7 (FIG. 3a) is assumed, which is coated with a structure-formable material. The substrate plate 7 consists of an electrically insulating and good heat-conducting material, for example ceramic or silicon coated with silicon nitride. A photoresist can be used as the structure-formable substance. According to one of the known photolithographic processes, depressions 8 are then produced in the layer of photoresist, so that finally a product is produced which is shown in FIG. 3a and consists of individual blocks 9 of photoresist on the substrate plate 7. The

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Photoresist-Schicht kann beispielsweise etwa 5 bis 20 ß, vorteilhaft etwa 7 ß dick sein, die Blöcke 9 können eine Breite von etwa 3 p. und einen Abstand von annähernd 3 p. haben. Diese geometrischen Daten können aber über einen grossen Bereich variieren. Je grösser die Dicke der Photoresist-Schicht ist, je höher also die einzelnen Blöcke sind, desto grösser kann die Empfindlichkeit bei einer der später beschriebenen Anwendungen sein. Die Anordnung einer Vielzahl von Blöcken 9 mit dazwischenliegenden Vertiefungen kann auch als Strichgitter bezeichnet werden. The photoresist layer can be, for example, about 5 to 20 μm, advantageously approximately 7 μm, and the blocks 9 can have a width of approximately 3 μm. and a distance of approximately 3 p. to have. However, these geometric data can vary over a wide range. The greater the thickness of the photoresist layer, the higher the individual blocks, the greater the sensitivity can be in one of the applications described later. The arrangement of a plurality of blocks 9 with recesses in between can also be referred to as a grating.

Statt von einer Photoresist-Schicht auszugehen ist es auch möglich, das Substratplättchen 7 zunächst mit Polyimid als strukturformbarem Stoff zu beschichten und dann auf photolithographischem Wege eine der Fig. 3a entsprechende Struktur zu erzeugen, bei der die Blöcke 9 aus Polyimid bestehen. Instead of starting from a photoresist layer, it is also possible to first coat the substrate plate 7 with polyimide as structure-formable material and then to produce a structure corresponding to FIG. 3a by photolithography, in which the blocks 9 consist of polyimide.

Die Struktur der Fig. 3a wird nun nach dem beispielsweise aus J. Vac. Sci. Technol. B 4 (1), Jan/Feb 1986, S. 365-368 bekannten Verfahren zum Schrägaufdampfen mit einem ersten Leitermaterial, zum Beispiel Wismut, bedampft. Dabei entstehen gemäss der Fig. 3b, wenn unter einem Winkel on bedampft wird, Filmstreifen 1 aus diesem ersten Leitermaterial. Die Grösse des Winkels ai ist abhängig von den Dimensionen der Blöcke 9 und kann daraus berechnet werden. Die Filmstreifen 1 können an den Wänden der Blöcke 9 etwa 100 bis 200 À dick sein. Auf der Oberseite der Blöcke 9 und am Grund der Vertiefungen 8 werden sie dann in Abhängigkeit vom Winkel ai wesentlich dicker sein. Die Schichtdicke kann abhängig vom elektrischen und thermischen Widerstand des Materials unterschiedlich gross gewählt werden. The structure of Fig. 3a is now according to the example from J. Vac. Sci. Technol. B 4 (1), Jan / Feb 1986, pp. 365-368 known methods for oblique vapor deposition with a first conductor material, for example bismuth, vapor-deposited. According to FIG. 3b, film strips 1 are produced from this first conductor material when vapor is applied at an angle. The size of the angle ai depends on the dimensions of the blocks 9 and can be calculated therefrom. The film strips 1 can be approximately 100 to 200 Å thick on the walls of the blocks 9. On the top of the blocks 9 and at the bottom of the recesses 8, they will then be much thicker depending on the angle ai. The layer thickness can be chosen to be different depending on the electrical and thermal resistance of the material.

In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt gemäss der Fig. 3c ein Schrägbedampfen mit einem zweiten Leitermaterial, zum Beispiel Antimon. Dabei entstehen, wenn unter einem Winkel az bedampft wird, Filmstreifen 2 aus diesem zweiten Leitermaterial, die die Filmstreifen 1 teilweise überlappen und so in der ersten Ebene 5 (Fig. 1) die Verbindungsstellen 3 erster Art und in der zweiten Ebene 6 die Verbindungsstellen 4 zweiter Art entstehen lassen. Die Grösse des Winkels ct2 ist wiederum abhängig von den Dimensionen der Blöcke 9 und kann daraus berechnet werden. Auch die Filmstreifen 2 sind vorzugsweise etwa 100 bis 200 À dick. Der Überlappungsbereich der Verbindungsstellen 4 zweiter Art soll in der Mitte zwischen den Blöcken liegen. Dann gilt für die Winkel ai und cx2 etwa: ai = 90° -CC2. In a further process step, according to FIG. 3c, an oblique vapor deposition is carried out with a second conductor material, for example antimony. When vapor deposition is carried out at an angle az, film strips 2 are formed from this second conductor material, which partially overlap the film strips 1 and thus the connection points 3 of the first type in the first level 5 (FIG. 1) and the connection points 4 in the second level 6 of the second kind. The size of the angle ct2 is in turn dependent on the dimensions of the blocks 9 and can be calculated therefrom. Film strips 2 are also preferably about 100 to 200 Å thick. The overlap area of the connection points 4 of the second type should lie in the middle between the blocks. Then the following applies for the angles ai and cx2: ai = 90 ° -CC2.

In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt gemäss der Fig. 3d ein Beschichten mit Siliziumdioxid gemäss dem bekannten Verfahren der Kathodenzerstäubung. Dabei entsteht eine die ganze Struktur überdeckende Schicht 10 aus Siliziumdioxid, die dem Schutz der Metallschichten sowie als zusätzliches Stützgerüst für die ganze Struktur dient, deren Dicke beispielsweise 0,1 bis 0,15 n betragen kann. In a further process step, according to FIG. 3d, coating with silicon dioxide takes place according to the known method of sputtering. This creates a layer 10 of silicon dioxide covering the entire structure, which serves to protect the metal layers and as an additional supporting structure for the entire structure, the thickness of which can be, for example, 0.1 to 0.15 n.

Ein solcher thermoelektrischer Wandler nach der Fig. 3d, bei dem die elektrischen Anschlüsse zum Such a thermoelectric converter according to FIG. 3d, in which the electrical connections to

Abgriff der Summe der Thermospannungen nicht gezeichnet sind, kann vorteilhaft verwendet werden zur Messung des Wärmedurchgangs senkrecht zur Ebene des Substrats 7. Dabei kann beispielsweise das Substrat 7 unterseitig mit einer Wärmeleitpaste bestrichen und auf einem Festkörper plaziert werden. Damit ist es möglich, den Wärmeübergang von einem Gas oder einer Flüssigkeit auf diesen Festkörper zu messen. Beim Wärmedurchgang entsteht eine Temperaturdifferenz zwischen den Verbindungsstellen 3 erster Art und den Verbindungsstellen 4 zweiter Art, die als Spannung messbar ist. Auch die Messung des Wärmeübergangs von einem Festkörper auf einen zweiten Festkörper ist möglich, wenn der thermoelektrische Wandler beidseits mit Wärmeleitpaste bestrichen und zwischen den beiden Festkörpern angeordnet wird. Tapping the sum of the thermal voltages are not shown, can advantageously be used to measure the heat transfer perpendicular to the plane of the substrate 7. For example, the substrate 7 can be coated with a thermal paste on the underside and placed on a solid. This makes it possible to measure the heat transfer from a gas or a liquid to this solid. During heat transfer, a temperature difference arises between the connection points 3 of the first type and the connection points 4 of the second type, which can be measured as a voltage. It is also possible to measure the heat transfer from a solid to a second solid if the thermoelectric converter is coated on both sides with thermal paste and is arranged between the two solids.

Zur Verbesserung der thermischen Empfindlichkeit eines solchen Wandlers zur Messung des Wärmeübergangs kann es vorteilhaft sein, beim Wandler vor dessen Einsatz den strukturbildenden Stoff (Blöcke 9) herauszulösen. To improve the thermal sensitivity of such a transducer for measuring the heat transfer, it may be advantageous to remove the structure-forming substance (blocks 9) from the transducer before it is used.

Um einen beschriebenen thermoelektrischen Wandler gemäss der Fig. 3d zur Messung von infraroter Strahlung geeignet zu machen, ist es vorteilhaft, die Verbindungsstellen 3 bzw. 4 der einen der beiden Arten mit einem infrarote Strahlung absorbierenden Stoff zu beschichten. Dies kann durch einen weiteren Verfahrensschritt erfolgen, bei dem gemäss der Fig. 3e ein Schrägbedampfen mit einem infrarotes Licht gut absorbierenden Stoff erfolgt. Dabei entstehen, wenn unter einem Winkel tx3 bedampft wird, Schichtabschnitte 11 aus diesem infrarote Strahlung absorbierenden Stoff. Die Grösse des Winkels 03 ist wiederum abhängig von den Dimensionen der Blöcke 9 und liegt im allgemeinen bei etwa 160 Grad. Als infrarote Strahlung absorbierender Stoff ist beispielsweise Chrom geeignet, das ca. 40% der auftreffenden Strahlung absorbiert und in Wärme umwandelt. Geeignet ist auch Gold, allerdings nur dann, wenn es in dendritischer Form abgeschieden wird. Bei der Bestrahlung mit infraroter Strahlung entsteht eine Temperaturdifferenz zwischen den Verbindungsstellen 3 erster Art und den Verbindungsstellen 4 zweiter Art, die als Spannung messbar ist. In order to make a described thermoelectric converter according to FIG. 3d suitable for measuring infrared radiation, it is advantageous to coat the connection points 3 and 4 of one of the two types with an infrared-absorbing substance. This can be carried out by a further method step, in which, according to FIG. 3e, oblique vapor deposition is carried out with a substance that absorbs infrared light well. When steaming at an angle tx3, layer sections 11 are formed from this infrared radiation-absorbing substance. The size of the angle 03 is in turn dependent on the dimensions of the blocks 9 and is generally around 160 degrees. Chromium, for example, is suitable as the infrared radiation-absorbing material, which absorbs approximately 40% of the incident radiation and converts it into heat. Gold is also suitable, but only if it is deposited in a dendritic form. When irradiated with infrared radiation, there is a temperature difference between the connection points 3 of the first type and the connection points 4 of the second type, which can be measured as a voltage.

Statt mit einem infrarotes Licht absorbierenden Stoff kann ein thermoelektrischer Wandler gemäss der Fig. 3d auch mit einem Katalysator beschichtet werden. Der Verfahrensschritt entspricht dabei jenem der Fig. 3e. Die Schichtabschnitte 11 bestehen dann aus diesem Katalysator-Werkstoff. Aus der Literatur ist eine Vielzahl von Katalysatoren bekannt, die sich zur Katalyse chemischer Reaktionen eignet. Die bei der katalytischen Reaktion frei werdende Reaktionswärme erzeugt am Katalysator-Werkstoff des thermoelektrischen Wandlers Wärme und dadurch entsteht eine Temperaturdifferenz zwischen den Verbindungsstellen 3 erster Art und den Verbindungsstellen 4 zweiter Art, die als Spannung messbar ist. Diese Spannung kann vorteilhaft zum spezifischen Nachweis des Reaktionspartners, zum Beispiel eines Gases, ausgenutzt wer5 Instead of an infrared light absorbing substance, a thermoelectric converter according to FIG. 3d can also be coated with a catalyst. The method step corresponds to that of FIG. 3e. The layer sections 11 then consist of this catalyst material. A large number of catalysts are known from the literature which are suitable for the catalysis of chemical reactions. The heat of reaction released in the catalytic reaction generates heat on the catalyst material of the thermoelectric converter, and this creates a temperature difference between the connection points 3 of the first type and the connection points 4 of the second type, which can be measured as a voltage. This voltage can advantageously be used for the specific detection of the reactant, for example a gas5

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den. Somit kann der thermoelektrische Wandler zur Messung der Konzentration chemischer Substanzen verwendet werden. the. The thermoelectric converter can thus be used to measure the concentration of chemical substances.

Es gibt katalytische Reaktionen, die erst oberhalb bestimmter Temperaturen ablaufen. Um solche Reaktionen zu ermöglichen, muss der Katalysator eine bestimmte Temperatur aufweisen. Es ist deshalb vorteilhaft, einen thermoelektrischen Wandler gemäss Fig. 4, bei dem die Schichtabschnitte 11 aus einem Katalysator-Werkstoff bestehen, mit einer Heizeinrichtung 12 (Fig. 5) zu versehen. Diese Heizeinrichtung 12 kann dabei unter dem Substratplättchen 7 angeordnet sein und wird elektrisch betrieben. Sie kann aber auch, beispielsweise in Dickfilmtechnik, auf der den Verbindungsstellen 3, 4 zugewandten Seite des Substratplättchens 7 angeordnet und mit einer zusätzlichen Isolierschicht abgedeckt sein. There are catalytic reactions that only take place above certain temperatures. To enable such reactions, the catalyst must have a certain temperature. It is therefore advantageous to provide a thermoelectric converter according to FIG. 4, in which the layer sections 11 consist of a catalyst material, with a heating device 12 (FIG. 5). This heating device 12 can be arranged under the substrate plate 7 and is operated electrically. However, it can also be arranged, for example in thick film technology, on the side of the substrate plate 7 facing the connection points 3, 4 and covered with an additional insulating layer.

Ein solcher thermoelektrischer Wandler kann zur Messung der Konzentration solcher chemischer Substanzen verwendet werden, die erst oberhalb einer bestimmten Temperatur reagieren. Such a thermoelectric converter can be used to measure the concentration of chemical substances that only react above a certain temperature.

Die Fig. 5 zeigt allerdings nicht einen solchen thermoelektrischen Wandler, der zur Messung der Konzentration chemischer Substanzen geeignet ist, weil ihm die Schichtabschnitte 11 aus dem Katalysator fehlen. Der in der Fig. 5 gezeigte thermoelektrische Wandler eignet sich zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit in Gasen und Flüssigkeiten und beruht auf dem bekannten Prinzip, dass durch die Strömung dem Wandler eine der Strömungsgeschwindigkeit proportionale Wärmemenge entzogen wird. Dadurch entsteht eine Temperaturdifferenz zwischen den Verbindungsstellen 3, 4 erster und zweiter Art und somit eine Spannung, die der Strömungsgeschwindigkeit proportional ist. However, FIG. 5 does not show such a thermoelectric converter which is suitable for measuring the concentration of chemical substances because it lacks the layer sections 11 from the catalyst. The thermoelectric converter shown in FIG. 5 is suitable for measuring the flow rate in gases and liquids and is based on the known principle that a flow of heat proportional to the flow rate is extracted from the flow rate. This creates a temperature difference between the connection points 3, 4 of the first and second type and thus a voltage which is proportional to the flow rate.

Für alle zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten gilt, dass die räumliche Trennung der Verbindungsstellen 3, 4 erster und zweiter Art in verschiedene Ebenen den Vorteil bietet, dass gegenüber einer planaren Anordnung eine höhere Anzahl von Thermoelementpaaren auf einer gegebenen Fläche unterzubringen sind. Damit lässt sich auch eine Empfindlichkeitssteigerung erzielen. For all of the previously described design variants, the spatial separation of the connection points 3, 4 of the first and second types into different planes offers the advantage that, in comparison to a planar arrangement, a larger number of thermocouple pairs are to be accommodated on a given surface. This can also be used to increase sensitivity.

Mit der beschriebenen Herstellungstechnik ist es auch möglich, zweidimensionale Sensorfelder aus mehreren thermoelektrischen Wandlern aufzubauen. So kann beispielsweise ein thermoelektrischer Wandler mit Katalysator-Beschichtung zusammen mit einem thermoelektrischen Wandler ohne eine solche Beschichtung zusammen auf dem Substrat 7 angeordnet sein, gegebenenfalls zudem ergänzt durch einen Sensor für die absolute Temperatur. With the manufacturing technique described, it is also possible to construct two-dimensional sensor fields from several thermoelectric converters. For example, a thermoelectric converter with a catalyst coating can be arranged together with a thermoelectric converter without such a coating together on the substrate 7, optionally also supplemented by a sensor for the absolute temperature.

Die Anwendung der Schrägaufdampftechnik zur Bildung der Thermoelementpaare erspart mehrere sehr genaue Lithographie-Prozesse. The use of the oblique vapor deposition technique to form the thermocouple pairs saves several very precise lithography processes.

Thermoelektrische Wandler der beschriebenen Art können auch als miniaturisierte Energieerzeuger verwendet werden, bei denen aus Strahlung oder chemischer Reaktionswärme direkt elektrische Energie erzeugt wird. Thermoelectric converters of the type described can also be used as miniaturized energy generators in which electrical energy is generated directly from radiation or chemical heat of reaction.

Es ist auch möglich, auf dem Substrat 7 weitere Bauelemente anzuordnen, beispielsweise andere Sensoren und/oder Elemente, die der Signalauswertung dienen. So kann zum Beispiel bei einem Sensor für infrarote Strahlung ein hochohmiger Operationsverstärker auf dem Substrat 7 angeordnet sein. It is also possible to arrange further components on the substrate 7, for example other sensors and / or elements which are used for signal evaluation. For example, in the case of a sensor for infrared radiation, a high-resistance operational amplifier can be arranged on the substrate 7.

Claims

1. Thermoelectric converter with a plurality of thermocouple pairs connected in series from a first and a second conductor material, which are arranged on a substrate (7), characterized in that connection points (3) of the first type, in which these connection points with respect to a reference direction (R ) the first / second conductor material are arranged in a first plane (5), and that the connection points (4) of the second type, in which these connection points have the second / first conductor material arrangement with respect to the reference direction (R), are arranged in a second Level (6) are arranged.

2. Thermoelectric converter according to claim 1, characterized in that the distance between the first level (5) and the second level (6) is 5 to 20 jx.

3. Thermoelectric converter according to claim 1 or 2, characterized in that an infrared light absorbing material is arranged on the surface of the connection points (3; 4) of one of the two types.

4. Thermoelectric converter according to claim 1 or 2, characterized in that a catalyst for a chemical reaction is arranged on the surface of the connection points (3; 4) of one of the two types.

5. Thermoelectric converter according to claim 1 or 2, characterized in that a heating device (12) is arranged on one of the surfaces of the substrate.

6. Thermoelectric converter according to claim 4, characterized in that a heating device (12) is arranged on one of the surfaces of the substrate.

7. A method for producing a thermoelectric converter according to one of claims 1 to 6, characterized by the following successive process steps:

- Photolithographic production of a structure of depressions (8) in a structure-formable layer applied to a substrate (7), so that individual blocks (9) are formed from structure-formable material,

- oblique evaporation of a plurality of film strips (1) made of a first conductor material at a first angle (oc-i),

- Sloping vapor deposition of a plurality of film strips (2) made of a second conductor material at a second angle (012).

8. The method according to claim 7, characterized by a subsequent process step: depositing a layer (10) of silicon dioxide by means of sputtering.

9. The method according to claim 8, characterized by a subsequent process step: removing the blocks from the structure-formable material.

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10. The method according to any one of claims 7 to 9, characterized by a subsequent process step: oblique vapor deposition of a layer of infrared light absorbing material at a third angle (03).

11. The method according to any one of claims 7 to 9, characterized by a subsequent process step: oblique vapor deposition of a layer of a catalyst for a chemical reaction at a third angle (03).

12. Use of a thermoelectric converter according to claim 1 or 2 for measuring the heat transfer perpendicular to the plane of the substrate (7).

13. Use of a thermoelectric converter according to claim 3 for measuring infrared radiation.

14. Use of a thermoelectric converter according to claim 4 or 6 for measuring the concentration of chemical substances.

15. Use of a thermoelectric converter according to claim 5 for measuring the flow rate of gases or liquids.

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