[发明专利]一种微测辐射热计的三层像元结构

说明书

一种微测辐射热计的三层像元结构，包括光吸收层、热敏层、电极层及其衬底。光吸收层与热敏层之间形成光学谐振腔，通过中空桥柱相连，减小微桥热容。热敏层将热敏电阻层最大化增加对红外透过光的吸收率，电极层将电极桥腿从两端弯曲摆布，增加桥腿的长度，减少热导。热敏层与电极层上下均铺有钝化层，电极桥腿分别与热敏电阻层和衬底相连，实现电学连通和热学连通。本发明在兼顾时间响应常数的同时，具有较高的红外吸收率和较低的热导，有效提高了像元的温升，具有更高的温度响应率和热灵敏度。

技术领域

本发明属于非制冷红外探测器技术领域，具体涉及一种微测辐射热计的三层像元结构。

背景技术

随着红外成像技术的发展，红外成像系统的应用范围越来越广，包括通讯、医疗、化学、生物、战争多个领域，实现了低成本商业化，而在系统应用方面，热成像系统的时间响应常数、红外吸收率以及热灵敏度(等效噪声温差值)等重要参数已经成为了研究的重点。其中非制冷热探测器具有不需要制冷，重量轻，小型化，使用方便等优势。非制冷红外探测器也正向着大阵列化、像素尺寸小型化发展，在军事、医学、农业、环境科学和气象探测等领域都得到了广泛的应用，在军用和民用领域应用也越来越广泛。

红外探测器种类繁多，按对红外辐射具体的测量方式来划分，有热敏型探测器和光子型探测器两类。其中，热敏型红外探测器主要是利用红外辐射的热效应，使某些热电材料的电学性质发生变化，以此实现对目标物体的探测。常见的热敏性红外探测器有温差热电堆红外探测器、热释电红外探测器和微测辐射热计红外探测器等。在这些红外探测器中，以非制冷型微测辐射热计为代表，具有响应速度快、制作工艺相对简单，可重复性较好等特点，已成为近些年红外探测研究的热点。非制冷型微测辐射热计主要是利用敏感材料的电阻率对温度的敏感特性进行红外探测。通过微机械加工技术(MEMS)刻蚀形成微桥探测阵列，实现对目标的大面积探测和成像。

传统的微测辐射热计由单层像元结构构成，其中红外吸收层与热敏层处于同一个桥面，导致红外吸收层和热敏层的温度同时变化，难以做到在降低像元热导的同时提高对红外光的吸收率，从而限制像元的热灵敏度。若增大单层像元的红外吸收需要不断增大桥面面积，这也限制了器件的集成度，所以单层结构无法达到器件的高性能要求，单层微桥的发展有局限性。

现有的双层微测辐射热计大概分为两种，一种为双层S型结构，其分为两个独立的桥面，光吸收层和热敏层在上层桥面，下层桥面由单排弯曲成S型的电极组成，隐藏在上桥面的下方，这种结构降低了器件的热导，但是光吸收层和热敏层仍未分开，不能单独变化，限制了器件的红外吸收率，且其稳定性不佳，时间响应慢。另一种为双层伞型结构，这种结构的特点在于光吸收层独立存在于热敏层上方，增加了光学填充率，克服了传统结构光吸收层和热敏层温度同升同降的缺点，但是其热敏层的面积没有达到最大化，且桥腿长度不足，导致器件热导偏大，影响其热灵敏度。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统单层结构和现有双层结构在红外吸收率、热响应时间，尤其是像元热导等方面存在的不足，提供一种微测辐射热计的三层像元结构，该种微测辐射热计热灵敏度较高，同时提高了像元的红外吸收率，降低了器件响应时间。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种微测辐射热计的三层像元结构，所述三层像元结构自上而下依次为光吸收层、热敏层和电极层，所述光吸收层与热敏层通过中空桥柱相连，光吸收层与热敏层之间形成光学谐振腔，所述热敏层内嵌有两个电极，所述两个电极位于热敏层的两个相对侧，所述电极层包括电极层桥面及其上表面两排互不接触的呈中心对称的三重折叠迂回结构的桥腿一和桥腿二，每个所述三重折叠迂回结构的首端和尾端分别设有孔一和孔二，所述电极的两个对角侧均向下弯折形成桥柱一，所述桥柱一插入孔一内，所述孔二中通过插入桥柱二与硅衬底相连接，所述热敏层和电极层的上下表面均设有钝化层。

本发明相对于现有技术的有益效果为：