[发明专利]一种微测辐射热计及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及非制冷红外探测技术领域，具体涉及一种微测辐射热计及其制备 方法。

背景技术

红外探测器把不可见的红外热辐射转化为可检测的电信号，实现对外界事务 的观察。红外探测器分为量子探测器和热探测器两类。热探测器又称非制冷型 红外探测器，可以在室温下工作，具有稳定性好、集成度高、和价格低等优点， 在军事、商业和民用等领域有广泛的应用前景。非制冷红外探测器主要包括热 释电、热电偶、热敏电阻等三种类型，其中，基于热敏电阻的微测辐射热计 (Microbolometer)焦平面探测器，是近年发展非常迅猛的一种非制冷红外探测 器(参见Leonard P.Chen，“Advanced FPAs for Multiple Applications”Proc.SPIE， 4721，1-15(2002)文献)。微测辐射热计的红外辐射探测过程，主要通过悬浮的微 桥结构来完成，所以，悬浮微桥是影响器件制造成败及性能高低的关键性因素。 微测辐射热计对构造其悬浮微桥的薄膜材料，尤其是核心的热敏电阻材料，有 特殊的要求，体现在：相关材料应具有合适的电学、光学、及力学性能等。

有多种材料能够用作微测辐射热计的热敏电阻材料。其中，氧化钒薄膜具有 非常优良的电学及光学性能，而且，材料制备的集成度高，是最常用的高性能 非制冷红外探测器热敏电阻材料。2002年12月3日授权的NEC公司Mori Toru 等人申报的美国专利USP 6489613，就描述了一种用于微测辐射热计的氧化钒薄 膜的制备方法，该发明利用溶胶凝胶(Sol-gel)技术，掺入特定的金属杂质，使 氧化钒的电学性能符合器件的要求。文献H.Jerominek，F.Picard，et al.， “Micromachined，uncooled，VO₂-based，IR bolometer arrays”，Proc.SPIE，2746， 60-71(1996)，则描述了一种基于氧化钒热敏电阻膜的微测辐射热计微桥结构。 然而，由于钒原子的电子结构为3d³4s²，其中的4s及3d轨道皆可失去部分或全 部电子，所以，传统方法制备的氧化钒薄膜含有其本身无法克服的缺点：即氧 化钒薄膜中V元素的价态复杂、薄膜化学结构的稳定性差等。例如，采用磁控 溅射制备氧化钒薄膜时，其中的V元素一般包括0、+2、+3、+4、+5等多种价 态(参见Xiaomei.Wang，Xiangdong.Xu，et al.，“Controlling the growth of VOx films for various optoelectronic applications”，Proceedings of the 2009 16th IEEE International Symposium on the Physical and Failure Analysis of Integrated Circuits， IPFA，p 572-576(2009)文献)。由于V元素的组成复杂，制备工艺的微小变化都 会对氧化钒薄膜的化学组成产生较大的影响，从而使薄膜的电学、光学、力学 等性能发生明显变化，进而影响到器件的性能。所以，基于氧化钒薄膜的微测 辐射热计的主要缺点是：氧化钒薄膜的制备工艺难度大，产品的重复性、和稳 定性差等。