Advanced thermopile IR dual line sensor for smart home

Capteurs thermopile IR avancé double ligne pour la maison intelligente

Christophe Escriba (1) , Julien Roux (1) , Georges Soto-Romero (2) , Pascal Acco (1) , David Bourrier (3) , Eric Campo (1) , Jean-Yves Fourniols (1)

1 LAAS-S4M - Équipe Instrumentation embarquée et systèmes de surveillance intelligents
2 FEMTO-ST - Franche-Comté Électronique Mécanique, Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174)
3 LAAS-TEAM - Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique

This article presents all steps between the advanced design and the production of CMOS compatible thermoelectric effect infrared sensors dedicated to smart home applications. It will start by making a comparison between thermopile, bolometer and pyroelectric technologies. Although sensitivity performances available with bolometers appear to be better at first sight, it is found that thermopiles have non-negligible advantages that make them more suitable for this application field. Then the different steps necessary for the design will be described , starting from the thermoelectric model of the sensor (temperature gradient , electrical sensitivity, etc.) and considering all steps up to technological manufacturing in a clean room. The results obtained on the structures produced on a specific computer-controlled measurement bench (temperature regulation with an onboard pre amplification card) will be presented. Finally, the results prove that the square structures have better performances (S = 82V/W and NETD = 208mK).

Cet article présente toutes les étapes entre la conception avancée et la production de capteurs infrarouges à effet thermoélectrique compatible CMOS dédiés à une application pour la maison intelligente. Cela commence par faire une comparaison entre les thermopiles, les bolomètres et les technologies pyroélectrique.Bien que les performances atteintes en terme de sensibilité par les bolomètres apparaissent comme meilleures, il est montré que les thermopiles ont des avantages non négligeables qui les rendent plus adaptés pour ce champ d'application. Puis les différentes étapes nécessaires pour la conception sont décrites, en commençant par le modèle thermoélectrique du capteur (gradient de température, sensibilité électrique, etc) et en considérant toute les améliorations technologiques pour une fabrication en salle blanche. Les résultats obtenus sur la structure produite sur un banc de mesures spécifiques contrôlé par un ordinateur (régulation de température avec une carte de pré amplification embarquée) sont présentés. Finalement, les résultats prouvent que la structure carrée a de meilleures performances (S=82V/W et NETD = 208mK).

Mots clés: Purpose Measurement Bench; Thermoelectric Model; Self-Regulated Special; Three-Dimensional Micro-Machining; Thermopile Array

Domaines: Sciences de l'ingénieur [physics]; Traitement du signal et de l'image [eess.SP]; Electronique; Energie électrique; Micro et nanotechnologies/Microélectronique

Christophe Escriba, Julien Roux, Georges Soto-Romero, Pascal Acco, David Bourrier, et al.. Advanced thermopile IR dual line sensor for smart home. Journal of Sensor Technology, 2018, 8 (4), ⟨10.4236/jst.2018.84006⟩. ⟨hal-01916914⟩