[发明专利]一种双层微测辐射热计及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及辐射探测技术领域，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，具有重量轻、集成度高、成本低、可靠性强等诸多优点，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、热敏电阻三种类型，其中，基于热敏电阻的微测辐射热计焦平面探测器，是近年发展非常迅猛、应用极为广泛的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）。

太赫兹探测器是把波长更长的太赫兹波段（30~3000μm）的电磁波辐射转化为可检测的电信号，实现对外界事务的观察，同样具有重要的军事和民用前景。太赫兹也有多种型号的探测器，其中，非制冷太赫兹微测辐射热计具有与非制冷红外微测辐射热计相类似的结构，可以通过对后者的改进来获取，是太赫兹应用的重要方面（参见Linda Marchese, Martin Bolduc, Bruno Tremblay, Michel Doucet, Hassane Oulachgar, Lo?c Le Noc, Fraser Williamson, Christine Alain, Hubert Jerominek, Alain Bergeron, “A microbolometer-based THz imager”, Proc. SPIE, 7671 76710Z-8 (2010) 文献）。

微测辐射热计的红外或太赫兹辐射探测过程，主要通过悬浮的微桥结构来完成，基本原理是：光吸收层接收外界的红外或太赫兹热辐射导致微桥的温度发生变化，温度的改变使热敏电阻薄膜的电阻发生变化，这种电学性能的变化通过电极检测、并传递到读出电路，完成信号处理、成像。所以，悬浮微桥是影响此类探测器制造成败及性能高低的关键性因素。其中，构成悬浮微桥的薄膜材料的种类及性能、微桥的结构形状和参数、桥面温度的均匀性、桥腿的稳定性及绝缘性等，是重要的影响因素。

传统的非制冷微测辐射热计由只含一层桥面的单层微桥所构成，参见1994年2月15日授权的Honeywell公司Barrett E. Cole申报的美国专利USP 5286976。这种单层微桥的优点是结构简单、性能稳定、制备工艺容易实现。但是，在这种单层微桥中，敏感层（氧化钒或非晶硅薄膜）与光吸收层（氮化硅或氧化硅薄膜）同处一个桥面，光吸收层的面积与敏感层的面积同升同降。所以，为了提高微桥的光吸收率，需要不断地增大桥面的面积，但是，这将使敏感层的面积也不断地增大，从而导致热质量增大、器件性能下降，限定了器件性能的进一步提高，而且，桥面面积的不断增大也与器件单元尺寸不断下降、集成度不断增加的趋势相违背。所以，传统的单层微桥无法满足更高器件性能的要求。

为此，2003年12月23日授权的Raytheon公司Michael Bay申报的美国专利USP 6667479，提出一种双层微桥结构，其特点是：这种双层微桥包含上下两个独立的桥面，其中，敏感层及光吸收层都集中在上桥面，如传统的单层桥面结构；下桥面仅由电极及介质材料构成，且下桥面呈弯曲（S型）结构、隐藏在上桥面的下方，所以，被命名为S型双层结构。这种双层微桥的S型弯曲桥腿较长，所以，热绝缘性较好，其不足之处是：（1）敏感层与光吸收层仍然是同升同降，没有突破传统单层微桥的局限；（2）S型桥腿的稳定性较差，影响器件性能。