[发明专利]红外辐射热测量计及其制造方法

说明书

发明的技术领域

本发明涉及红外辐射热测量计，尤其涉及一种具有降低的噪音等效温度差(NETD)和增强的响应度和探测敏感度的红外辐射热测量计。

背景技术

辐射热探测器是一种能够产生输出信号的装置，输出信号是投射到该探测器的一个活性区域上的辐射热量的函数。红外线探测器是一种对电磁波谱中的红外线辐射敏感的探测器。有两种红外线探测器，即热敏式探测器和光子探测器，热敏式探测器包括辐射热测量计。

光子探测器根据投射到探测器的传感器区域并与该区域中的电子相互作用的光子的数量而进行工作。因为光子探测器是以电子和光子之间的直接交互作用为基础进行工作，因此光子探测器相比辐射热测量计具有高的灵敏度，并具有更快的响应速度。但是，光子探测器有一个缺点，即它仅仅在低温下才能运作良好，从而需要增加一个附加的制冷系统。

另一方面，辐射热探测器的作用是以探测器的传感器区域因吸收辐射而发生的温度变化为基础。辐射热探测器提供输出信号，即材料(称作辐射热测量元件)中电阻率的变化，该信号的变化与传感器区域的温度成比例。辐射热计元件已由金属和半导体制造。金属中电阻率的变化基本上是由于载流子迁移率的变化，而载流子迁移率通常随温度降低而降低。在自由载流子密度为温度的指数函数的高电阻率的半导体辐射热测量元件中，可得到高的敏感度。

图1和2示出了三层辐射热测量计100的透视图和剖面图，其公开于美国专利系列申请号No.09/102,364中，名称为“具有增加的占空系数的辐射热测量计”。辐射热测量计100包括一个活性基体层10、一个支持层20、一对端子40和一个吸收层30。活性基体层10具有包括一集成电路(未示出)的基片12、一对连接端子14和一保护层16。由金属制成的每一连接端子14均位于基片12的顶端。由例如氮化硅(SiN_x)制造的保护层16覆盖着基片12。一对连接端子14与集成电路电连接。支持层20包括一对由氮化硅(SiN_x)制成的电桥22，每一电桥22具有一形成于其顶端的导线24。每个电桥22设有一锚定部分22a、一支路部分22b以及一递升部分22c，其中锚定部分22a包括一通孔26，导线24的一端通过该孔与连接端子14电连接，支路部分22b支撑着递升部分22c。

吸收层30设有一被吸收体31包围的辐射热测量元件32以及形成于吸收体31顶端的红外线吸收体涂层33。吸收体31是在辐射热计元件32形成之前和之后通过沉积氮化硅并包围辐射热测量元件32而制成的。选择钛(Ti)作为辐射热测量元件32的材料，因为它易于成形。螺旋形的结构使得辐射热计元件32具有高的电阻率。

每个端子40均位于吸收层30和支持层20之间。每个端子40包括一个由金属，例如钛制成的电线导管42，该导管被由氮化硅等制造的绝缘材料44包围着。电线导管42的顶端与螺旋形的辐射热计测量件32的一端电连接，电线导管42的底端与电桥22上的导线24电连接，通过这样的方式，吸收层30上的螺旋形辐射热测量元件32的每一端通过电线导管42、导线24以及连接端子14而与活性基体层10的集成电路电连接。

当遭受红外线辐射时，螺旋形辐射热测量元件32的电阻率增加，导致电流和电压相应地发生变化。变化的电流或电压被集成电路放大，从而被检测电路(未示出)读出。

决定红外辐射热测量计性能的最重要的三个因素是：噪音等效温度差、响应度和探测灵敏度，它们均与辐射热测量元件的电阻率成正比或反比。电阻率愈大，噪音等效温度差愈低，而响应度和探测灵敏度愈高。因此，需要在一定的空间或区域内提高辐射热测量元件的电阻率。

本发明揭示

因此，本发明的一个主要目的是提供一种红外辐射热测量计，其具有降低的噪音等效温度差以及增强的响应度和探测灵敏度。

本发明的另一个目的是提供一种制造这种红外辐射热测量计的方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种红外辐射热测量计，其具有降低的噪音等效温度差以及增强的响应度和探测灵敏度。该红外辐射热测量计设有：包括一个基片和一对连接端子的一活性基体层；具有一对电桥和一对导线的一支持层；包括一被吸收体包围的辐射热测量元件的吸收层，其中辐射热测量元件具有垂直向的波纹；以及一对端子，每个端子包括一个电线导管，辐射热测量元件的每一端通过相应的导管和相应的导线而与相应的连接端子电连接。