溫度在許多物理、化學(xué)和生物過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，因此溫度傳感器的應(yīng)用非常廣泛。由于集成電路（IC）技術(shù)的進(jìn)步，集成溫度傳感器已經(jīng)成為可能，這種傳感器是測(cè)量溫度并將此信息報(bào)告給控制器或最終用戶的小型硅芯片［1.1］工業(yè)和軍事應(yīng)用。這主要是因?yàn)樗鼈兂杀镜停w積小，使用方便，誤差小。集成溫度傳感器通常基于測(cè)量雙極結(jié)晶體管（bjt）的溫度相關(guān)特性，這可以在大多數(shù)IC技術(shù)中實(shí)現(xiàn)。為了進(jìn)一步降低成本，它們可以在相對(duì)成熟的集成電路工藝中制造，因?yàn)樗鼈儾恍枰鎯?chǔ)器和處理器芯片中的最新集成電路技術(shù)。從歷史上看，集成溫度傳感器已經(jīng)滿足了大型（電子系統(tǒng)）的獨(dú)立溫度傳感需求，但是最近，集成溫度傳感的新應(yīng)用出現(xiàn)了。其中最重要的一點(diǎn)是微處理器和其他大型數(shù)字芯片的熱管理：CMOS技術(shù)的快速改進(jìn)使得計(jì)算能力呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，這一過(guò)程通常被稱為“摩爾定律”。隨著晶體管變小，它們變得更快，并且更多的晶體管可以放置在同樣的硅面積：微處理器中的數(shù)字電路密度因此增加了一個(gè)數(shù)量級(jí)。然而，微處理器的能量密度也顯著提高，由于這種現(xiàn)代微處理器的熱容量有限，因此需要先進(jìn)的熱管理系統(tǒng)來(lái)優(yōu)化其性能，同時(shí)保持可靠性。這需要小型、快速和準(zhǔn)確的溫度傳感器。然而，在獨(dú)立應(yīng)用中廣泛應(yīng)用的基于BJT的傳感器在現(xiàn)代CMOS工藝中實(shí)現(xiàn)時(shí)，其性能下降。BJT不像CMOS器件那樣縮小尺寸，基于BJT的傳感器的誤差急劇增加，達(dá)到幾攝氏度。這使得目前和未來(lái)大規(guī)模集成電路技術(shù)中熱管理系統(tǒng)的需求難以滿足。本論文將探討一種不同的溫度傳感原理，使得在現(xiàn)代CMOS工藝中實(shí)現(xiàn)更小、更精確、更節(jié)能的傳感器成為可能。這種傳感器測(cè)量熱量在硅中擴(kuò)散所需的時(shí)間。由于硅中的聲子輸運(yùn)與溫度密切相關(guān)，這種熱飛行時(shí)間傳感器的延遲是絕對(duì)溫度的測(cè)量。由于集成電路中使用的硅是非常純凈的，因此所提出的傳感機(jī)制可以非常精確。此外，由于光學(xué)光刻技術(shù)的不斷改進(jìn)，可以越來(lái)越精確地確定飛行時(shí)間的測(cè)量距離。與基于BJT的傳感器相比，該傳感器應(yīng)遵循摩爾定律，從而在現(xiàn)代CMOS工藝中提供更好的溫度傳感性能。這將為大型數(shù)字芯片的熱管理提供一個(gè)有效且經(jīng)得起未來(lái)考驗(yàn)的解決方案。其他應(yīng)用也可能受益于所提出的傳感器，因?yàn)樗褂昧伺c現(xiàn)有傳感器根本不同的傳感原理。本文將討論這種熱飛行時(shí)間傳感器的建模與實(shí)現(xiàn)。它還將顯示所需的電路讀出和數(shù)字化他們的輸出。隨后將介紹一些測(cè)量結(jié)果，然后得出關(guān)于這種新型傳感器家族的可行性和有用性的結(jié)論。本章將繼續(xù)概述現(xiàn)有的溫度傳感器及其應(yīng)用，包括其優(yōu)缺點(diǎn)。然后，根據(jù)現(xiàn)有的現(xiàn)有技術(shù)及其未來(lái)的潛力，對(duì)所提出的傳感器進(jìn)行定位。本章最后概述了本文的結(jié)構(gòu)。