專利名稱：測(cè)輻射熱探測(cè)器、使用探測(cè)器的設(shè)備和制造探測(cè)器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)輻射熱探測(cè)器，并且涉及一種使用該探測(cè)器來探測(cè)紅外輻射的設(shè)備。本發(fā)明還涉及一種制造該探測(cè)器的方法。本發(fā)明特別應(yīng)用于紅外成像領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在紅外探測(cè)器領(lǐng)域中，已知的是以陣列的形式配置并且能夠在環(huán)境溫度下工作即不需要冷卻至極低的溫度的裝置，與此相反，被稱作“量子探測(cè)器”的探測(cè)設(shè)備僅能在極低的溫度下工作，典型地在液氮的溫度下工作。
這些非冷卻式探測(cè)器傳統(tǒng)上使用適當(dāng)材料的物理單位的變化作為300K左右的溫度的函數(shù)。在測(cè)輻射熱探測(cè)器的情況下，該物理單位是電阻率。
這種非冷卻式探測(cè)器通常包括-吸收紅外輻射并且將其轉(zhuǎn)化成熱的裝置；-使該探測(cè)器絕熱以使其溫度能夠由于紅外輻射的作用而上升的裝置；-測(cè)溫裝置，其在測(cè)輻射熱探測(cè)器的情況下使用電阻元件；-讀取由所述測(cè)溫裝置提供的電信號(hào)的裝置。
用于紅外成像的探測(cè)器被制造為在通常由硅制成的襯底上的基本探測(cè)器的一維或二維陣列，所述襯底結(jié)合了電激勵(lì)所述基本探測(cè)器的裝置和預(yù)處理由這些基本探測(cè)器產(chǎn)生的電信號(hào)的裝置。
這些電激勵(lì)和預(yù)處理的裝置在襯底上形成，并且構(gòu)成讀出電路。
探測(cè)器單片集成對(duì)應(yīng)的讀出電路在制造成本方面是有利的。然而，也有可能在這種讀出電路上混合在第二個(gè)單獨(dú)的襯底上制造的探測(cè)器陣列。
包括基本探測(cè)器的陣列和相關(guān)讀出電路的設(shè)備通常被放置在封裝(package)中，并且特別地使用傳統(tǒng)的技術(shù)(金屬線和插頭)電連接到其外部環(huán)境。減少這種封裝內(nèi)部的壓力以便限制熱損失。該封裝還具有對(duì)待探測(cè)的輻射透明的窗口。
為了使用該探測(cè)器觀察場(chǎng)景，通過適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)器件將該場(chǎng)景投射到基本探測(cè)器陣列，并且經(jīng)讀出電路(為此目的而提供)將定時(shí)電激勵(lì)應(yīng)用到每個(gè)基本探測(cè)器或者該探測(cè)器的每行，以便獲得電信號(hào)，該電信號(hào)構(gòu)成每個(gè)基本探測(cè)器所獲得的溫度的圖像。
然后由讀出電路對(duì)該信號(hào)進(jìn)行或大或小程度的處理，并且如果可適用，則由封裝外部的電子設(shè)備對(duì)該信號(hào)進(jìn)行處理以便產(chǎn)生所觀察場(chǎng)景的熱像。
該非冷卻式測(cè)輻射熱探測(cè)器的性能基本上取決于-控制將大多數(shù)高性能測(cè)輻射熱材料制造和集成到極輕的結(jié)構(gòu)中，該結(jié)構(gòu)由測(cè)輻射熱計(jì)微橋構(gòu)成，所述測(cè)輻射熱計(jì)微橋與讀出電路絕熱，以便在信噪比方面充分地利用后者；-控制用于該場(chǎng)景溫度變化的熱響應(yīng)時(shí)間常數(shù)；-用于最低可能的制造成本的每個(gè)參數(shù)的空間一致性。
現(xiàn)有技術(shù)描述了布置基本探測(cè)器的不同部分的各種方法。
具有共面電極的探測(cè)器和具有平行電極(所謂的“夾層”結(jié)構(gòu))的探測(cè)器之間具有較大的差別。
本發(fā)明更特別地涉及具有共面電極的探測(cè)器，其中工作期間通過該結(jié)構(gòu)的電流在測(cè)輻射熱材料層的平面中流動(dòng)。
這種類型的探測(cè)器通常以懸浮膜的形式構(gòu)造，該懸浮膜包括溫度敏感的測(cè)輻射熱材料的薄(典型地從0.1到1μm)層；兩個(gè)電極，它們被布置在測(cè)輻射熱材料的相同表面上，在這個(gè)意義上這兩個(gè)電極共面；以及“吸收器”。術(shù)語“吸收器”表示一個(gè)或多個(gè)層或者層的布置，該吸收器的功能是捕獲電磁輻射，以便在該結(jié)構(gòu)的內(nèi)部將其轉(zhuǎn)化成熱。附加部件是用來支撐該膜，并且在該膜(其由于輻射的作用而變熱)和讀出電路之間產(chǎn)生最高可能的熱阻。
文獻(xiàn)EP-A-0,828,145描述了一種包括讀出電路和一個(gè)或多個(gè)基本探測(cè)器的測(cè)輻射熱探測(cè)器，所述基本探測(cè)器本身包括敏感部分，該敏感部分特別包括測(cè)輻射熱材料層以及兩個(gè)導(dǎo)電電極；以及至少一個(gè)支撐該敏感部分的元件，并且其中所述電極是相互交錯(cuò)的(interdigitated)。該基本測(cè)輻射熱探測(cè)器示意性地在圖1和2中示出。
其中，讀出電路(1)由反射金屬層(2)覆蓋，該金屬層用于反射未被實(shí)際測(cè)輻射熱計(jì)吸收的紅外輻射，后者位于所述反射器之上大約1.5到2.5μm(以便優(yōu)化10μm波長(zhǎng)的兩側(cè)的探測(cè)，該波長(zhǎng)基本上等于這些探測(cè)器通常優(yōu)選的靈敏度范圍)。
該定位通過基本上垂直的結(jié)構(gòu)(3)得到。在本說明書的其余部分被稱作“支柱(post)”的這些結(jié)構(gòu)導(dǎo)電，因而有可能通過平的伸長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)(4)將驅(qū)動(dòng)電壓施加到測(cè)輻射熱探測(cè)器的導(dǎo)電部分或電極(5)，該平的伸長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)也導(dǎo)電，但是為熱阻的。這些平的伸長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)在本說明書的其余部分被稱作“臂(arm)”。
也稱作“熱絕緣”的該熱阻用于允許測(cè)輻射熱材料的溫度由于紅外輻射的作用而上升。
測(cè)輻射熱計(jì)的主體和反射器之間的空間除了支柱(3)之外沒有材料，以便阻止由于固體導(dǎo)電導(dǎo)致的熱損失。該空間通常填充有低壓氣體，以便限制氣體的對(duì)流和熱傳導(dǎo)。
在該類型的設(shè)備中，讀出電路經(jīng)支柱(3)和臂(4)以及至少兩個(gè)導(dǎo)電部分或電極(5)施加電流，該電流流過平行于該測(cè)輻射熱探測(cè)器的平面的結(jié)構(gòu)。該電流流過測(cè)輻射熱材料(6)，該測(cè)輻射熱材料的電阻率隨溫度而變化。用于此目的的最廣泛使用的材料是氧化釩和非晶硅。
所述導(dǎo)電部分或電極(5)借助于細(xì)的、通常是金屬的導(dǎo)電層產(chǎn)生。它們也用于獲得紅外輻射的吸收，這是因?yàn)樗鼈冊(cè)诒环Q作膜的基本探測(cè)器的可用擴(kuò)展上分布的方式。在圖1中可以看到，這些電極被布置在測(cè)輻射熱材料(6)的上表面上。然而，所述電極也可以被布置在測(cè)輻射熱材料的下表面上，或者被插在所述材料的兩個(gè)層之間。
測(cè)輻射熱計(jì)的有源部分或膜，即除了柱(3)和臂(4)之外的基本探測(cè)器的可用擴(kuò)展，采用實(shí)際上等勢(shì)的表面(5)的方式，該等勢(shì)表面與測(cè)輻射熱層的部分(6A)和驅(qū)動(dòng)電流所流過的電阻表面(6B)接觸，該擴(kuò)展由部分(5)之間的空間來限定。
在本說明書的其余部分中，測(cè)輻射熱材料(6)的層的部分(6A)和(6B)之間將具有差異，這取決于驅(qū)動(dòng)電流是否流過它們(6B)或者不流過它們(6A)。
測(cè)輻射熱探測(cè)器的性能傳統(tǒng)上由其熱分辨率NedT(代表噪聲等效溫差)表示。
例如，文獻(xiàn)FR 2,796,148表明假設(shè)偏置電平足以使探測(cè)器中的電噪聲由低頻噪聲(LFN)支配，該低頻噪聲被稱作“1/f”噪聲，其特別具有非晶材料的特性，則熱分辨率由下述公式來量化1NedT≈k.(W.L.E)1/2.TCR.Rth]]>其中·k是比例參數(shù)，在此沒有對(duì)其作詳細(xì)說明，該比例參數(shù)結(jié)合了讀出電路的帶寬、作為“1/f”的測(cè)輻射熱材料(6)的低頻噪聲電平、基本探測(cè)器的表面積以及基本探測(cè)器的紅外吸收效率；·W和L分別是流過測(cè)輻射熱材料(6)的電流的電寬度和長(zhǎng)度，這可以在圖1中看到，乘積W.L定義受電流影響的部分(6B)的面積；·E是受到由尺寸W和L界定的電流影響的表面上的測(cè)輻射熱材料(6)的厚度；·TCR是工作溫度附近的電阻變化的相關(guān)系數(shù)(dR/RdT)，它是所用的測(cè)輻射熱材料的特性，其中R是橫跨兩個(gè)電流源終端(兩個(gè)支柱(3))的電阻，以及T是微橋的溫度；·Rth是測(cè)輻射熱計(jì)的中心“固體”部分和讀出電路(1)之間的熱阻，所述中心“固體”部分的溫度由于紅外輻射而上升，所述讀出電路的溫度是常數(shù)或者僅僅非常緩慢地變化。
通過將參數(shù)TCR和Rth結(jié)合到常數(shù)k中，可以將該公式簡(jiǎn)化為1NedT≈k'.(W.L.E)1/2]]>測(cè)輻射熱材料的部分(6A)在限定測(cè)輻射熱探測(cè)器的探測(cè)性能中不起作用，這是因?yàn)閷?shí)際上在該區(qū)域中沒有電流通過所述測(cè)輻射熱材料，這些區(qū)域由具有小得多的電阻的部分(5)短路。
在探測(cè)陣列的情況下，在所述平面的兩個(gè)尺寸上基本探測(cè)器的重復(fù)間距被定義為p。
為了得到最優(yōu)探測(cè)性能，根據(jù)上述分析，將部分(6B)布置在(電)長(zhǎng)度為L(zhǎng)且(電)寬度為W的多邊形中就足夠了，并且使L.W＝p2，以便優(yōu)化探測(cè)性能。
量p2表示參數(shù)L.W的上限，這是因?yàn)橛捎诩夹g(shù)的原因，應(yīng)當(dāng)留出面積p2的部分以產(chǎn)生基本探測(cè)器之間的間隙和至少用于支柱(3)和臂(4)以及區(qū)域(6A)的空間，其表面積不能為零。
這些量L和W在用于典型配置的圖1中被顯示。
然而，顯然易見的是，如果導(dǎo)電表面(5)的相關(guān)面積被減小以有利于高電阻表面(6B)的相關(guān)面積，則在部分覆蓋有導(dǎo)電層的這樣的結(jié)構(gòu)上，甚至在表面電阻(或薄層電阻)方面被優(yōu)化的一個(gè)結(jié)構(gòu)上，吸收電磁輻射的效率快速下降。實(shí)際上，當(dāng)區(qū)域(5)和(6B)之間平衡時(shí)獲得在測(cè)輻射熱分辨率方面的最佳性能。結(jié)果，測(cè)輻射熱計(jì)的膜面積的大約一半(部分(6A))不能被用于優(yōu)化電流，這包括使電流所通過的一個(gè)(多個(gè))多邊形的總面積W.L最大化。
圖1中的導(dǎo)電部分(5)表示相互交錯(cuò)布局的特殊情況。當(dāng)使用諸如非晶硅之類的高電阻率的測(cè)輻射熱材料和類似材料時(shí)，該類型的布局是必然的，以便獲得幾百至幾千千歐的電阻R，從讀出電路的觀點(diǎn)看，這是實(shí)用的。
實(shí)際上，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在限定測(cè)輻射熱結(jié)構(gòu)時(shí)所遇到的其中一個(gè)困難在于，在環(huán)境溫度左右獲得驅(qū)動(dòng)電壓所施加到的兩個(gè)導(dǎo)電部分或電極(5)之間的充分的電阻值R的困難。
設(shè)計(jì)測(cè)輻射熱探測(cè)器表明每個(gè)電阻值都不適合于由產(chǎn)品設(shè)計(jì)者使用的讀出電路。
為了優(yōu)化所述讀出電路的功能，一般而言，在有效電壓方面使測(cè)輻射熱計(jì)適應(yīng)讀出電路的最佳工作范圍是更實(shí)用的，反之則不然。實(shí)際上，為了探測(cè)器的性能不受過低的信號(hào)限制，關(guān)鍵是在激勵(lì)期間獲得通過膜的足夠高的電流。
使用如圖1中所示的相互交錯(cuò)電極的結(jié)構(gòu)的相關(guān)缺陷在于出現(xiàn)這樣的區(qū)域，在所述區(qū)域上由于“尖端效應(yīng)”而導(dǎo)致電流密度超過導(dǎo)電部分(5)的內(nèi)端上的平均密度。這些電流集中導(dǎo)致了電噪聲電平的增加，這對(duì)于高探測(cè)器性能是有害的。
上述文獻(xiàn)EP-A-0,828,145也提出了使用典型地諸如氧化釩之類的具有低電阻率的材料作為測(cè)輻射熱材料，并且建議電極分布在直的、平行的、不連續(xù)的條(strip)中，從而例如使所有內(nèi)部條不連接，即處于浮動(dòng)電位，這是通過將兩個(gè)終端條連接到支柱(3)來實(shí)現(xiàn)的。在這樣的布置下，電流于是都是平行且均勻的，由此避免了與尖端效應(yīng)相關(guān)的附加電噪聲。
然而，在該配置中，膜表面的大約一半不能用于優(yōu)化電流，這是因?yàn)閮?yōu)化紅外吸收需要導(dǎo)電部分(5)基本上均勻地分布在膜表面上。
上述文獻(xiàn)FR-A-2,796,148提出一種配置，該配置用于減弱與輻射的吸收質(zhì)量和導(dǎo)電部分或電極(5)的面積與測(cè)輻射熱材料的面積(6B)之間的平衡的相關(guān)的約束。
如該文獻(xiàn)中所公開的，在電極(5)和測(cè)輻射熱材料(6)之間有接觸的部分(6A)被減小為小的、窄的、伸長(zhǎng)的表面。而且，電極(5)的表面的相當(dāng)大的部分通過插入絕緣層(7)而與測(cè)輻射熱材料絕緣。
該技術(shù)使得有可能使用膜上的大部分可用表面積以便優(yōu)化面積為W.L的一個(gè)(多個(gè))多邊形，由此實(shí)現(xiàn)了大幅提高的性能。然而，該結(jié)果的獲得是以不可忽略的額外制造復(fù)雜性為代價(jià)的，并且在證明必須使用相互交錯(cuò)的電極的情況下也使尖端效應(yīng)所固有的過量噪聲的問題變得復(fù)雜化。如果使用非晶硅或類似的材料，則由于該類型的材料通常具有高電阻率，這樣的相互交錯(cuò)配置是必然的。
因此顯而易見的是，在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的上述兩個(gè)文獻(xiàn)中，通過與電流源電極相同的材料層來制造吸收器，該吸收器具有與該布局相關(guān)的所有優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也具有難以獲得很好地適合于讀出電路的電阻的上述缺陷。
在文獻(xiàn)US 5,367,167中，吸收器由單獨(dú)的且不同于電流源電極的導(dǎo)電層制造。該文獻(xiàn)描述了一種測(cè)輻射熱探測(cè)器，該測(cè)輻射熱探測(cè)器包括位于測(cè)輻射熱材料層的相同面的兩個(gè)共面電極以及位于測(cè)輻射熱材料的該層的另一面上的導(dǎo)電層。該導(dǎo)電層的功能是吸收待探測(cè)的紅外輻射并且它必須通過電絕緣層與探測(cè)器的主體分離。所以其實(shí)施極其復(fù)雜。
另外，在該文獻(xiàn)中定義的技術(shù)自然地優(yōu)化電流并且因此優(yōu)化低頻噪聲電平，這是因?yàn)橐环矫嫠鲭姌O被離得很遠(yuǎn)地放置在基本探測(cè)器的兩個(gè)相反邊緣，另一方面，該特定布局僅僅可應(yīng)用于具有很低電阻率的材料，典型地為氧化釩，另外膜的電阻太高以至于不能獲得讀出電路的正確驅(qū)動(dòng)，并且在實(shí)踐中，它不能被應(yīng)用于非晶硅和類似材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是不管測(cè)輻射熱材料的電阻率如何而使測(cè)輻射熱材料的有用表面積最大化(使乘積W.L最大化)，所述探測(cè)器的所得的性能不受尤其與尖端效應(yīng)相關(guān)的過量噪聲的影響，所述尖端效應(yīng)是電極或?qū)щ姴糠?5)的相互交錯(cuò)配置所固有的。
根據(jù)本發(fā)明，所述測(cè)輻射熱探測(cè)器包括-敏感部分，其包括·敏感材料的一個(gè)或多個(gè)層，所述敏感材料的電阻率隨著溫度而變化；·與讀出電路保持電連續(xù)性的第一電導(dǎo)體元件，所述讀出電路與所述測(cè)輻射熱探測(cè)器相關(guān)聯(lián)，一方面，所述第一電導(dǎo)體元件用作所述探測(cè)器的電極，并且為此與所述敏感材料接觸，另一方面，所述第一電導(dǎo)體元件用作紅外輻射吸收器；·處于浮動(dòng)電位的第二電導(dǎo)體元件，其僅僅用作紅外輻射吸收器；-用于所述敏感部分的至少一個(gè)支撐區(qū)域，其實(shí)現(xiàn)相對(duì)于所述讀出電路定位所述敏感部分和電導(dǎo)體的功能；-至少一個(gè)絕熱結(jié)構(gòu)，其將每個(gè)支撐區(qū)域電地和機(jī)械地連接到所述敏感部分。
根據(jù)本發(fā)明的測(cè)輻射熱探測(cè)器的獨(dú)特之處在于，所述導(dǎo)體元件被分布為兩個(gè)交叉的、重疊的導(dǎo)電軌道(track)網(wǎng)絡(luò)，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的第一個(gè)包括所有所述第一導(dǎo)體元件，并且所述重疊是全部的或部分的。
在本發(fā)明的意義上，術(shù)語“交叉的”和“重疊的”應(yīng)當(dāng)被理解為當(dāng)?shù)诙W(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)電軌道分別被投影到包含所述敏感部分的平面中時(shí)，第一網(wǎng)絡(luò)的所述導(dǎo)電軌道與構(gòu)成第二網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)電軌道會(huì)聚。
所述第一網(wǎng)絡(luò)也包括第二導(dǎo)體元件；然而，構(gòu)成它的所述導(dǎo)電軌道中的至少兩個(gè)與構(gòu)成所述敏感部分的敏感材料接觸以便形成電極。該接觸有利地在它們的整個(gè)長(zhǎng)度上發(fā)生，由此優(yōu)化所述探測(cè)器的性能。
在有可能設(shè)想到的本發(fā)明的各種配置中，有可能在所述兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間沒有電接觸。然而，如果使用帶有高電阻率的敏感材料，則第二網(wǎng)絡(luò)的軌道中的至少兩個(gè)交替與所述第一網(wǎng)絡(luò)的所述特定軌道接觸，所述第一網(wǎng)絡(luò)與構(gòu)成所述敏感部分的敏感材料接觸。
既然如此，根據(jù)本發(fā)明的探測(cè)器的無效表面積被顯著地減小以有利于有用表面積，同時(shí)減小與電流的集聚相關(guān)的過量噪聲，所述過量噪聲根據(jù)導(dǎo)體元件的詳細(xì)配置和使用的測(cè)輻射熱材料而變化。
根據(jù)本發(fā)明，所述兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)的各自軌道基本上是直的并且彼此平行，第一網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)電軌道典型地與構(gòu)成第二網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)電軌道成直角。
另外，所述網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)中的每個(gè)軌道之間的間距與另一網(wǎng)絡(luò)的軌道之間的間距相同或不同。
兩個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)軌道之間的接觸通過介電層中的開口獲得，所述介電層被插在構(gòu)成所述敏感部分的敏感層和構(gòu)成第一網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)電軌道的第一級(jí)之間。


通過以下實(shí)施例的描述將可以更容易地理解實(shí)施本發(fā)明的方式及其產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)，所述實(shí)施例僅僅作為例子而給出，并且參考附圖。
如已經(jīng)所述的，圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的基本測(cè)輻射熱探測(cè)器的平面圖，以及圖2是沿線A-A的橫截面圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的探測(cè)器的示意性平面圖，以及圖4是沿線B-B的橫截面圖。
圖5是圖4中所述橫截面圖的一部分的詳細(xì)視圖。
圖6和7也是詳細(xì)視圖，不過是本發(fā)明的其它實(shí)施例的詳細(xì)視圖。
具體實(shí)施例方式
因此，本發(fā)明最初涉及基本測(cè)輻射熱探測(cè)器，并且更具體地涉及在其敏感部分上的導(dǎo)電軌道的配置和布局，所述敏感部分自身構(gòu)成膜的核心。當(dāng)合適時(shí)，這些導(dǎo)電軌道用作電極，即它們從讀出電路向敏感部分供應(yīng)電流，并且用作待探測(cè)的紅外輻射的吸收器，或者僅僅用作吸收器。
圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的測(cè)輻射熱膜的典型實(shí)施例。也與圖1相同的各種部分具有相同的參考數(shù)字。
根據(jù)本發(fā)明的基本特征，所述膜容納導(dǎo)電軌道(5)的兩個(gè)單獨(dú)網(wǎng)絡(luò)。
第一網(wǎng)絡(luò)由一系列導(dǎo)電軌道(5A)組成，所述導(dǎo)電軌道基本上是直的并且彼此平行。在所述的例子中，這些軌道中的四個(gè)(5A1，5A2，5A3和5A4)與構(gòu)成膜的測(cè)輻射熱材料(6)接觸。另外，該接觸基本上發(fā)生在所述軌道的整個(gè)長(zhǎng)度上。
然而，為了使根據(jù)本發(fā)明的探測(cè)器能夠工作，只要這些軌道中的兩個(gè)實(shí)際上與所述測(cè)輻射熱材料接觸就足夠了。事實(shí)上并且為了優(yōu)化早先在處理本發(fā)明旨在解決的技術(shù)問題時(shí)提到的面積(W.L)，終端導(dǎo)電軌道(5A1)和(5A4)實(shí)際上與測(cè)輻射熱材料(6)接觸。
不同的配置將導(dǎo)致位于所述終端導(dǎo)電軌道之上的表面積的損失，其結(jié)果將正好與預(yù)期相反。
在關(guān)于圖3所述的例子中，顯然網(wǎng)絡(luò)(5A)僅僅與用于三個(gè)軌道中的一個(gè)的測(cè)輻射熱材料(6)接觸，尤其是第一軌道(5A1)和最后的軌道(5A4)沿兩個(gè)相反邊緣與層(6)接觸。
第二網(wǎng)絡(luò)也由一系列導(dǎo)電軌道(5B)組成，所述導(dǎo)電軌道基本上是直的并且彼此平行，以及典型地被定向成與構(gòu)成所述第一網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)電軌道(5A)成直角。在圖3中可以看到當(dāng)投影在包含所述膜的平面中時(shí)，組成兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)的導(dǎo)電軌道彼此垂直。
在所述的例子中，這些導(dǎo)電軌道的三對(duì)(5B1，5B2)、(5B3，5B4)和(5B5，5B6)分別交替地與第一網(wǎng)絡(luò)的特定軌道(5A1，5A2，5A3和5A4)電接觸，即與接觸測(cè)輻射熱材料(6)的第一網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)電軌道電接觸。因此，在圖3中，第二網(wǎng)絡(luò)(5B)僅僅與用于兩個(gè)軌道中的一個(gè)(平均地)的所述第一網(wǎng)絡(luò)(5A)的特定軌道(5A1，5A2，5A3和5A4)接觸。
該特定的典型配置有可能盡管使用具有高電阻率的敏感材料(6)也能獲得足夠低的電阻。事實(shí)上，在該特定配置中，存在足夠數(shù)量的與網(wǎng)絡(luò)(5A)的軌道的電接觸，所述接觸以規(guī)則距離L間隔以便獲得均勻的電流密度。這些接觸在連接的幫助下被交替地設(shè)置成高和低電位(在讀出期間)，所述連接依靠第二網(wǎng)絡(luò)(5B)的軌道(至少兩個(gè))進(jìn)行。
既然如此，產(chǎn)生相互交錯(cuò)的“梳狀件”，其電阻與L/(n-1)成比例，其中n表示與敏感材料(6)接觸的網(wǎng)絡(luò)(5A)的導(dǎo)電軌道的數(shù)量。因此，對(duì)于間距為p并且極大地進(jìn)行簡(jiǎn)化，可以使p/L導(dǎo)電軌道(5A)接觸敏感材料(6)，所述敏感材料具有電阻
R≈p/n(n-1)因此，導(dǎo)電軌道(5A1)和(5A3)的每個(gè)都與導(dǎo)電軌道(5B2，5B4和5B6)電接觸，而導(dǎo)電軌道(5A2)和(5A4)的每個(gè)都與導(dǎo)電軌道(5B1，5B3和5B5)電接觸。然而，再一次地，為了使根據(jù)本發(fā)明的探測(cè)器能夠工作，只要這些軌道(5B)中的兩個(gè)實(shí)際上與所述第一網(wǎng)絡(luò)的所述特定導(dǎo)電軌道(5A1，5A2，5A3和5A4)交替接觸就足夠了。
該交替有可能防止膜的電極之間的任何短路。
因此所有這些特定軌道，不管它們是屬于第一還是第二網(wǎng)絡(luò)，都用作電極和吸收器。相反，所有其它軌道被限定成僅僅實(shí)現(xiàn)輻射吸收器的功能。
在網(wǎng)絡(luò)(5A)的僅僅兩個(gè)導(dǎo)電軌道與敏感材料(6)接觸的特定配置中，即在足夠產(chǎn)生起作用的基本測(cè)輻射熱計(jì)的配置中，不需要產(chǎn)生與網(wǎng)絡(luò)(5B)的導(dǎo)電軌道的接觸，這是因?yàn)楹笳邇H僅用作輻射吸收器。
在很大程度上以及與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的探測(cè)器所施加的約束對(duì)比，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)電軌道的密度(即間距)是任意的，并且不影響探測(cè)器的性能。具有相對(duì)較自由的間距的導(dǎo)電軌道的兩個(gè)獨(dú)立交叉網(wǎng)絡(luò)的可能性顯然有可能產(chǎn)生更大數(shù)量的布局和組合，以便限定測(cè)輻射熱材料(6)中電流的幾何形狀，并從而限定探測(cè)器的總電阻R。
由于導(dǎo)電軌道可以被配置和分布的此靈活性，所以顯然本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以通過小心地改變導(dǎo)電軌道之間的間隔(它們的間距)，尤其是與所述測(cè)輻射熱材料接觸的網(wǎng)絡(luò)(5A)的導(dǎo)電軌道之間的間隔以及所述兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的連接分布，從而容易地獲得探測(cè)器的期望總電阻值R，該電阻值取決于所使用的測(cè)輻射熱材料(6)。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，獲得這樣的結(jié)果使得沒有必要如現(xiàn)有技術(shù)所推薦的那樣采用折疊的或相互交錯(cuò)的電極與測(cè)輻射熱材料接觸，讀者可以想到，這就是與尖端效應(yīng)相關(guān)的過量噪聲的根源。不僅如此，本發(fā)明的實(shí)施例使得有可能利用測(cè)輻射熱材料的大部分有用表面積(使乘積W.L最大化)。既然如此，本發(fā)明具有高度靈活設(shè)計(jì)和最佳性能的雙重優(yōu)點(diǎn)。
從實(shí)踐的觀點(diǎn)來看，在第一網(wǎng)絡(luò)的特定導(dǎo)電軌道(5A1，5A2，5A3和5A4)和測(cè)輻射熱材料(6)之間形成接觸典型地通過第一插入介電層(7A)中的基本上線性(linear)的開口獲得，所述第一插入介電層覆蓋測(cè)輻射熱材料(6)的層，并且允許后者和僅僅用作輻射吸收器的所述第一網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)電軌道(5Aa)之間的電絕緣。
然而，本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施例包括賦予所述第一網(wǎng)絡(luò)的所有導(dǎo)電軌道(5A)作為電極和紅外輻射吸收器的雙重功能。在該情況下，所述第一網(wǎng)絡(luò)的所有導(dǎo)電軌道(5A)與測(cè)輻射熱材料(6)的層接觸。既然如此，介電材料的層(7A)就是多余的。在該配置中，并非網(wǎng)絡(luò)(5A)的所有所述導(dǎo)電軌道需要被連接到網(wǎng)絡(luò)(5B)。在該情況下，未被連接到網(wǎng)絡(luò)(5B)的軌道的網(wǎng)絡(luò)(5A)的那些導(dǎo)電軌道用作處于浮動(dòng)電位的電極。
根據(jù)上面的說明，在第一網(wǎng)絡(luò)的特定導(dǎo)電軌道(5A1，5A2，5A3和5A4)和第二網(wǎng)絡(luò)的某些導(dǎo)電軌道之間形成電接觸典型地通過在介電材料(7B)的第二層中形成的基本尖端狀的開口(8)獲得(術(shù)語“尖端狀”應(yīng)當(dāng)被理解為“與膜的尺寸相比具有極小的尺寸”)，所述介電材料的第二層被插在所述第一網(wǎng)絡(luò)的僅僅用作吸收器(5Aa)的導(dǎo)電軌道和所述第二網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)電軌道(5B)之間(參見圖5)。根據(jù)前面的描述，這些開口(8)位于所述導(dǎo)電軌道的某些特定交叉點(diǎn)處。
圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的可能的特定配置中的一個(gè)。顯然使用測(cè)輻射熱材料(6)的相同層，該配置使得有可能獲得大約相當(dāng)于使用圖1中配置所獲得的總電阻兩倍高的總電阻R。
兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的其它配置使得有可能保持可比的電阻R。在圖3中提出的配置使得有可能簡(jiǎn)單地解釋本發(fā)明的所有有利的特征，一旦理解了本發(fā)明的一般的根本原理，就不需要解釋完全在本領(lǐng)域技術(shù)人員的能力范圍內(nèi)的其它配置。
導(dǎo)電軌道的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的接觸點(diǎn)(8)的布局解釋了早先提到的交替接觸原則，以便在網(wǎng)絡(luò)(5A)的導(dǎo)電軌道之間產(chǎn)生有規(guī)則交替的等電位。然而，也有可能在所述網(wǎng)絡(luò)(5A)的軌道和網(wǎng)絡(luò)(5B)的所有軌道之間建立接觸，并且如果能產(chǎn)生可接受的輸入電阻R，那么也有可能在它們和用于每個(gè)等電位組的網(wǎng)絡(luò)(5B)的僅僅一個(gè)軌道之間形成接觸。事實(shí)上，兩個(gè)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)(5A)和(5B)之間的接觸的密度主要受可能過高的輸入電阻支配，過低的接觸密度將導(dǎo)致所述過高的輸入電阻。
本發(fā)明所推薦的配置的附帶優(yōu)點(diǎn)也應(yīng)當(dāng)被強(qiáng)調(diào)。使用僅僅由尖端狀接觸相互連接的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)，尤其是所述接觸分布在所述兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的至少兩個(gè)軌道(5B)上的事實(shí)，實(shí)現(xiàn)了連接冗余，該連接冗余大幅提高了正確分布電位的概率，并且避免了兩個(gè)軌道之間的單一的可能誤形成的接觸的有害影響。
僅僅網(wǎng)絡(luò)(5A)的終端線(5A1)和(5A4)與測(cè)輻射熱材料(6)的層接觸的很特別的情況需要被考慮。在該情況下不需要在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)(5A)和(5B)之間形成電接觸(8)，因?yàn)檫@樣的接觸將導(dǎo)致該結(jié)構(gòu)中的短路。由于交替電位的消失，所以在該特定配置中的所得電阻將在所述膜的所討論的方向上具有其最大可能值，所述方向與網(wǎng)絡(luò)(5A)成直角，但是所述結(jié)構(gòu)仍然將在低頻噪聲電平和光吸收方面被優(yōu)化。
還應(yīng)當(dāng)注意到，除了由所述層(6)的附加接觸所占用的表面積之外，在基本不改變電流的結(jié)構(gòu)，從而不改變探測(cè)器的功能或質(zhì)量的情況下，網(wǎng)絡(luò)(5A)的其它內(nèi)部軌道(在這些終端軌道之間)也可以與測(cè)輻射熱材料(6)的層接觸。如已經(jīng)所述的，假設(shè)網(wǎng)絡(luò)(5A)的所有軌道與層(6)接觸，優(yōu)先除去隨后無意義的層(7A)顯然是方便的。
本發(fā)明所推薦的配置使得有可能大幅簡(jiǎn)化這樣的探測(cè)器的實(shí)施。例如它使得有可能朝著導(dǎo)電支柱(3)將網(wǎng)絡(luò)(5A)的終端軌道(5A1)和(5A4)連續(xù)地延伸到臂(4)上。
另外，本發(fā)明使得有可能將測(cè)輻射熱材料(6)保持在臂(4)的附近，由此也簡(jiǎn)化了制造這樣的探測(cè)器的過程。不可否認(rèn)，一般而言人們避免將所述材料保持在該區(qū)域中以便提高探測(cè)器的熱阻，但這不是本發(fā)明的目的。
在不超出本發(fā)明的范圍的情況下可以想象將電流供應(yīng)給敏感膜的“終端”的其它方法。例如可以通過將網(wǎng)絡(luò)(5B)而非(5A)延伸到支柱(3)上來獲得另一特定的實(shí)施例。為此目的所選的特定導(dǎo)電層的選擇首先受用于每個(gè)網(wǎng)絡(luò)的電和熱傳導(dǎo)性質(zhì)支配，所述電和熱傳導(dǎo)性質(zhì)可以是不同的，其次受可以用于組裝所述結(jié)構(gòu)的技術(shù)的方便性支配。
事實(shí)上應(yīng)當(dāng)注意的是，根據(jù)本發(fā)明，導(dǎo)電軌道的數(shù)量和兩個(gè)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的幾何特征(寬度、厚度、具體形狀)決不應(yīng)當(dāng)被限定成所述的例子中的那樣，所述例子僅僅用于示范的目的。
也可以設(shè)想在本發(fā)明范圍內(nèi)的其它網(wǎng)絡(luò)配置。有可能將網(wǎng)絡(luò)(5A)放置在測(cè)輻射熱材料(6)的層之下。在該情況下，可選的介電層(7A)被放置在所述網(wǎng)絡(luò)和層(6)之間。與設(shè)計(jì)者想要與測(cè)輻射熱材料(6)接觸的網(wǎng)絡(luò)(5A)的軌道相對(duì)的該介電層(7A)被除去。兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)(5A)和(5B)之間的接觸點(diǎn)通過在所述材料(6)的層和介電層(7B)中形成通孔(through-opening)而獲得，所述介電層覆蓋測(cè)輻射熱材料(6)的所述層的上表面。網(wǎng)絡(luò)(5B)然后形成于該組件的頂上。然而，有可能顛倒網(wǎng)絡(luò)(5A)和(5B)的角色，即在上網(wǎng)絡(luò)的幫助下與測(cè)輻射熱材料(6)進(jìn)行線性接觸。該配置在圖6中被顯示。
也有可能如圖7中所示通過將所述兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)(5A)和(5B)放置在測(cè)輻射熱材料(6)的層之下而完全相反地轉(zhuǎn)變圖3中所述的結(jié)構(gòu)。由于制造過程的原因，如果有人希望在組裝過程中盡可能晚地沉積敏感材料(6)，則該特定配置是有利的。特別是，這樣一種需要可能是敏感材料與限定其它材料的過程不相容的問題的結(jié)果，或者是完成所述設(shè)備后獲得直接接近敏感材料的整個(gè)表面的問題的結(jié)果。
然而，所有這些變化依賴于本發(fā)明的同一工作原理。
下面說明用于獲得根據(jù)本發(fā)明制造的探測(cè)器的功能優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)。
我們應(yīng)當(dāng)考慮典型的但非限制性的情況，其中微測(cè)輻射熱計(jì)的膜遠(yuǎn)至其邊界或邊緣被兩個(gè)正交網(wǎng)絡(luò)(5A)和(5B)均勻地覆蓋，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)由平行的規(guī)則間隔的導(dǎo)電軌道組成，在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)中所述導(dǎo)電軌道具有相同的線性電阻。該配置導(dǎo)致最佳吸收效率。如果所述膜的兩個(gè)相對(duì)邊緣之間的總電阻R大約為380歐姆，則入射電磁輻射的吸收被優(yōu)化。該值用于懸在反射器之上1.5μm-3μm的膜，并且對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是公知的，以便使用連續(xù)導(dǎo)電層來產(chǎn)生電磁吸收器。網(wǎng)絡(luò)(5A)和(5B)中的每個(gè)必須使得該標(biāo)準(zhǔn)被滿足，至少大致被滿足。
該數(shù)據(jù)對(duì)于具有正方形外部形狀的膜來說是有效的。然而，如果足夠大以至于包含由所述膜自身界定的網(wǎng)絡(luò)(5A，5B)的每個(gè)的至少兩個(gè)軌道段的每個(gè)輪廓線滿足該標(biāo)準(zhǔn)，則任何其它膜形狀都可以被優(yōu)化。這樣的輪廓線在圖3中由虛線輪廓示出。
評(píng)估探測(cè)器的優(yōu)化的另一方式是通過局部擴(kuò)展所述膜的邊界(伴隨著所述網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展)來繪制“外切的”正方形，直到獲得滿足上述標(biāo)準(zhǔn)的正方形。
例如正方形膜可以被10個(gè)平行導(dǎo)電軌道的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，每個(gè)軌道在一個(gè)方向上具有3800歐姆的電阻，并且被五個(gè)平行導(dǎo)電軌道的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，每個(gè)軌道在與后者成直角的方向上具有1900歐姆的電阻。在兩個(gè)相對(duì)邊緣之間“看到的”電阻等于與n個(gè)平行導(dǎo)電軌道的這些邊緣成直角的單導(dǎo)電軌道的電阻的1/n倍。
該標(biāo)準(zhǔn)是非臨界的最佳值，因?yàn)閷?shí)際上其兩個(gè)相對(duì)邊緣之間的電阻在每個(gè)方向上大約為300或500歐姆的正方形膜僅僅在邊上是不太有效的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員意識(shí)到，事實(shí)上，吸收僅僅隨著上述最佳值附近的電阻的變化而緩慢地變化。
為了優(yōu)化根據(jù)本發(fā)明的探測(cè)器，由基于網(wǎng)絡(luò)(5A)和(5B)的每個(gè)的間距的特定標(biāo)準(zhǔn)來有利地補(bǔ)充該一般標(biāo)準(zhǔn)。所述間距必須優(yōu)選地不超過待探測(cè)的平均輻射的波長(zhǎng)的一半。對(duì)于打算探測(cè)從8到14μm的輻射的探測(cè)器，應(yīng)當(dāng)對(duì)于導(dǎo)電軌道的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)有利地使用小于6μm的間距。更高的間距值特別地導(dǎo)致了衍射現(xiàn)象，該衍射現(xiàn)象會(huì)對(duì)電磁吸收的質(zhì)量有不利的影響。
通過滿足這些標(biāo)準(zhǔn)，可以典型地實(shí)現(xiàn)在指定的探測(cè)光譜中入射輻射的超過90％的吸收。
下面描述根據(jù)本發(fā)明的探測(cè)器的一個(gè)實(shí)施例。
通常使用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的傳統(tǒng)方法通過構(gòu)成成品的各種層的連續(xù)沉積和蝕刻來獲得微測(cè)輻射熱計(jì)的視網(wǎng)膜(retina)陣列，所述層包括介電層、測(cè)輻射熱材料層、用于等電位區(qū)域的金屬層(例如電流源和電極)。
這些不同的層沉積在結(jié)構(gòu)層的上表面上，由于所述結(jié)構(gòu)層在過程結(jié)束時(shí)被除去以便使測(cè)輻射熱計(jì)的結(jié)構(gòu)并且更特別地使所述膜僅僅由其絕熱部件(特別是臂(4))懸掛，因此所述結(jié)構(gòu)層被稱為“犧牲”層。
通過將單位膜并置在如圖1或3所示的陣列中來獲得成像視網(wǎng)膜；微電子技術(shù)自然地適合于該類型的構(gòu)造，并且同時(shí)在單個(gè)襯底上制造大量的視網(wǎng)膜。
更具體而言，以下階段涉及制造根據(jù)本發(fā)明的探測(cè)設(shè)備。關(guān)于特定組件進(jìn)行該描述。同樣，該描述決不意味著對(duì)本發(fā)明的實(shí)際范圍的任何限制，尤其在本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易想象的結(jié)構(gòu)變化方面，舉例來說，例如與實(shí)際探測(cè)器自身相關(guān)的前述說明中所建議的結(jié)構(gòu)變化。層的順序的任何顛倒、各種部分的任何具體布置或特定制造過程都處于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
下面描述的操作直接涉及制造根據(jù)圖3的探測(cè)器。
第一階段包括在襯底(通常由硅制造)的表面上沉積“犧牲”層，所述襯底包括讀出電路。該犧牲層典型地可以由聚酰亞胺或能夠耐受隨后制造過程的工作條件并且能夠在完成制造后選擇性地被除去的任何有機(jī)或礦物材料組成。
有利地，在公知的布置中，反射金屬層(2)(例如由鋁制造)首先被沉積在襯底(1)的表面上，并且使用已知的合適技術(shù)進(jìn)行局部蝕刻以便優(yōu)化探測(cè)器的光譜特性。在該情況下，如果目標(biāo)是在從8至14μm的波長(zhǎng)譜中優(yōu)化輻射的吸收，則所述犧牲層的厚度被設(shè)置為1.5至3μm。
然后使用傳統(tǒng)技術(shù)將測(cè)輻射熱材料(6)的層在犧牲層的表面上典型地沉積50至500納米的厚度。在此描述的結(jié)構(gòu)特別適合于非晶硅或SixGeyC(1-x-y)類型的類似材料。
典型地為氧化硅或氮化硅的介電材料(7A)的第一層典型地具有10至50納米的厚度，所述第一層然后例如使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相淀積(PECVD)被沉積在測(cè)輻射熱材料(6)的層的表面上。
例如根據(jù)圖3中的圖案，即很窄的平行軌道，使用傳統(tǒng)的光刻掩模和合適的蝕刻過程來蝕刻介電材料(7A)的該層。然而，這些蝕刻的軌道的寬度典型地不小于材料(6)的厚度，并且例如延長(zhǎng)到0.2至2μm的寬度。這些蝕刻的軌道之間的間隔例如為5至50μm。
然后使用適合于該類型的層的已知技術(shù)來沉積導(dǎo)電材料(5A)的第一層?？梢允褂萌魏晤愋偷慕饘?，優(yōu)選是通常用于微電子器件中的一種金屬，例如鋁、鈦或氮化鈦。使用第二光刻掩模由傳統(tǒng)的蝕刻來限定導(dǎo)電軌道的第一網(wǎng)絡(luò)(5A)。形成網(wǎng)絡(luò)(5A)的軌道中的一些與下面的介電材料(7A)的先前制造的層中形成的開口相對(duì)地布置。其它軌道保持“懸浮”，即通過介電層(7A)與測(cè)輻射熱材料(6)絕緣。
層(5A)的厚度e和電阻率(Rho)，即由Rho/e定義的薄層電阻(以本領(lǐng)域技術(shù)人員通常使用的量來表示)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)(5A)的導(dǎo)電軌道的最終尺寸來進(jìn)行選擇，以便滿足早先所述的一般標(biāo)準(zhǔn)。例如，由虛線正方形界定的膜的部分包括九個(gè)導(dǎo)電軌道，每個(gè)導(dǎo)電軌道在所述軌道與圖3中虛線所繪的正方形的“水平”邊緣的交叉點(diǎn)之間的電阻必須大約為3400歐姆。如果采用所述九個(gè)平行軌道，這在所述虛線正方形的兩個(gè)相對(duì)“水平”邊緣之間大約提供380歐姆。
如果導(dǎo)電層(5A)具有100歐姆/平方的薄層電阻，所述薄層電阻例如通過電阻率為100微歐.厘米的10納米的氮化鈦獲得，則長(zhǎng)度(虛線正方形內(nèi)部)與寬度的比必須是大約34。假設(shè)圖3顯示了具有50μm的總邊緣尺寸的測(cè)輻射熱計(jì)，封閉的虛線正方形將具有大約34μm的邊緣尺寸，并且軌道(5A)的寬度因此必須大約為1μm，所述軌道(5A)以優(yōu)選大約3.8μm的規(guī)則間距被重復(fù)，以便安裝所述九個(gè)軌道和形成在虛線正方形內(nèi)部分離所述軌道的九個(gè)空間。
顯然，根據(jù)薄層電阻、軌道寬度和密度的參數(shù)的其它組合能夠產(chǎn)生滿足上述一般標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果。
如已經(jīng)指出的，有可能提供一種配置，其中第一網(wǎng)絡(luò)(5A)的所有導(dǎo)電軌道與測(cè)輻射熱材料(6)接觸。該特定情況的有利之處在于然后它不再必須使用介電材料(7A)的層，并且它消除了相關(guān)的限定技術(shù)(光刻和蝕刻)。它導(dǎo)致復(fù)雜性明顯減小。
然而，與層(6)接觸的軌道(5A)的總表面積必須被看作是在優(yōu)化所述設(shè)備方面的浪費(fèi)，這是因?yàn)檫@些軌道(5A)的表面積等于圖3中的表面積(6A)。所以有利的是限制與測(cè)輻射熱材料(6)接觸的軌道與最小要求的裸露之間的比例，以便一旦完成組裝后獲得用于整個(gè)膜的期望的總電阻。
類似地，在介電層(7A)中形成的開口的該情況下，接觸區(qū)域的寬度被限制成由于同樣的理由而可應(yīng)用的最小值。
與支撐導(dǎo)電結(jié)構(gòu)(4)相對(duì)的層(5A)保持完整(在圖3中的左邊和右邊)。
然后通過應(yīng)用用于保護(hù)除小尺寸的開口之外的整個(gè)結(jié)構(gòu)的新光刻掩模來形成導(dǎo)電支撐或支柱(3)，所述開口例如為側(cè)向尺寸從一至若干μm的開口。然后這些開口通過表面層按照以下順序被蝕刻導(dǎo)電材料(5A)、介電材料(7A)、測(cè)輻射熱材料(6)，并且然后通過犧牲層直至接觸表面，所述接觸表面先前在讀出電路(1)的表面上形成。然后沉積相對(duì)較厚的層，例如僅僅作為例子包括從為此目的的傳統(tǒng)材料中選擇的0.2至2μm的金屬的層，所述材料例如為鋁和合金、鈦、氮化鈦、鎢或硅化鎢或者這些不同材料的組合。
然后應(yīng)用光刻掩模以便將該金屬保持在先前形成的所述開口的最接近的附近，并且先前使用傳統(tǒng)的過程沉積的一種(多種)金屬通過蝕刻從所述表面的剩余部分被除去。一顯現(xiàn)層(5A)就選擇性地停止蝕刻。將最后兩個(gè)光刻掩模和相關(guān)蝕刻操作的順序顛倒也可以是有利的。
類型和厚度典型地等同于第一層(7A)的介電材料(7B)的第二層被沉積，然后使用保留局部開口(8)的新光刻掩模進(jìn)行蝕刻，所述開口張開到與測(cè)輻射熱材料(6)接觸的網(wǎng)絡(luò)(5A)的導(dǎo)電軌道(5A1，5A2，5A3，5A4)上。
第二導(dǎo)電層(5B)然后被沉積，并且通過使用合適的光刻級(jí)(level)被限定為基本與第一網(wǎng)絡(luò)(5A)成直角的網(wǎng)絡(luò)。
與用于第一網(wǎng)絡(luò)相同的材料可以被使用。再一次地，該層(5B)的厚度和電阻率以及由此它的“薄層電阻”根據(jù)該第二網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)電軌道的最終尺寸來進(jìn)行選擇，以便滿足上述的一般標(biāo)準(zhǔn)。例如，由虛線正方形界定的、假定具有34μm的邊緣尺寸的膜的一部分在該特定構(gòu)造的情況下也包括九個(gè)導(dǎo)電軌道(5B)，每個(gè)導(dǎo)電軌道在由虛線正方形的兩個(gè)“垂直”邊緣所限定的點(diǎn)之間必須具有大約3400歐姆的電阻。如果希望將每個(gè)軌道的寬度限定為大約2μm(由此間隔為1.8μm)，對(duì)于該第二網(wǎng)絡(luò)(5B)，必須使用200歐姆/平方的金屬層，所述金屬層例如通過電阻率為200微歐.厘米左右的10納米的氮化鈦獲得。所述九個(gè)平行軌道于是在虛線正方形的兩個(gè)“垂直”邊緣之間大約等于380歐姆，并且這滿足上述的優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)。
通過非選擇性地蝕刻構(gòu)成所述膜的所有材料直到犧牲層的表面被穿透，最終的光刻級(jí)用于切掉所述膜的周邊以及支撐結(jié)構(gòu)(4)和支柱(3)，構(gòu)成所述膜的材料包括5(B)，如果適用還有(7B)、(5A)、(7A)、(6)。對(duì)于提到的所有材料最適合該操作的優(yōu)選的干蝕刻技術(shù)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是公知的。
例如，在所述犧牲層是有機(jī)類型并且所述膜在其最后的操作、優(yōu)化狀態(tài)中懸掛在襯底(1)的上方的通常情況下，然后通過在氧等離子體中燃燒來消除犧牲層。
顯然，如果比較圖1和3中并且尤其是相應(yīng)的橫截面圖(圖2和4)中所示的配置以及特別地關(guān)于表面(6A)和(6B)(其中僅僅指示了較短側(cè)面)的相關(guān)幾何形狀，在電流(6A)意義上的無效表面積由于本發(fā)明的使用而被顯著減小以有利于有用的表面積(6B)。
在圖1和3中指示的特征量W和L的比較評(píng)價(jià)表明，根據(jù)本發(fā)明提出的典型配置使距離L提高大約2倍，并且使距離W提高約10％。事實(shí)上，在圖3的例子中的電寬度基本上等于總的電寬度W1+W2+W3。在信噪比方面所得的性能的相對(duì)提高因此大約為50％，或者作為另一選擇，熱分辨率被減少(改善)33％，所述熱分辨率是本領(lǐng)域中非常重要的數(shù)字。
為此，也可以增加與電流集聚相關(guān)的過量噪聲的消失，所述過量噪聲根據(jù)具體配置和使用的測(cè)輻射熱材料而變化。期望在信噪比方面獲得10-15％的額外改善是合理的，即與文獻(xiàn)EP-A-0,828,145中描述的技術(shù)相比熱分辨率大約減少40％。
由于允許在限定膜的電阻方面具有附加的最大靈活性以便將其調(diào)節(jié)到讀出電路的功能要求，同時(shí)基本不會(huì)對(duì)最終性能造成任何損害，所以由本發(fā)明提供的性能益處是清楚的。該特征典型地未出現(xiàn)在引言中所引用的文獻(xiàn)中所公開的現(xiàn)有技術(shù)中。
權(quán)利要求
1.一種用于電磁輻射的測(cè)輻射熱探測(cè)器，包括-敏感部分或膜，其包括·敏感材料(6)的一個(gè)或多個(gè)層，所述敏感材料的電阻率隨著溫度而變化；·與讀出電路(1)保持電連續(xù)性的第一電導(dǎo)體元件，所述讀出電路與所述測(cè)輻射熱探測(cè)器相關(guān)聯(lián)，一方面，所述第一電導(dǎo)體元件用作所述探測(cè)器的電極，為此與所述敏感材料(6)接觸，另一方面，所述第一電導(dǎo)體元件用作電磁輻射吸收器；·處于浮動(dòng)電位的第二電導(dǎo)體元件，其僅僅用作電磁輻射吸收器；-用于所述敏感部分的至少一個(gè)支撐區(qū)域(3)，其實(shí)現(xiàn)相對(duì)于所述讀出電路定位所述敏感部分和電導(dǎo)體的功能；-至少一個(gè)絕熱結(jié)構(gòu)(4)，其將每個(gè)支撐區(qū)域(3)電地和機(jī)械地連接到所述敏感部分；其特征在于，所述導(dǎo)體元件被分布為兩個(gè)交叉的重疊的導(dǎo)電軌道的網(wǎng)絡(luò)(5A，5B)，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的第一個(gè)(5A)包括所有所述第一導(dǎo)體元件。
2.如權(quán)利要求1所述的用于電磁輻射的測(cè)輻射熱探測(cè)器，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)(5A)和(5B)全部地或部分地重疊。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于電磁輻射的測(cè)輻射熱探測(cè)器，其特征在于，所述第一網(wǎng)絡(luò)(5A)也包括第二導(dǎo)體元件，但是構(gòu)成它的所述導(dǎo)電軌道中的至少兩個(gè)(5A1，5A2，5A3，5A4)與基本上在它們整個(gè)長(zhǎng)度上構(gòu)成所述敏感部分的敏感材料(6)接觸。
4.如權(quán)利要求3所述的用于電磁輻射的測(cè)輻射熱探測(cè)器，其特征在于，第二網(wǎng)絡(luò)(5B)的導(dǎo)電軌道中的至少兩個(gè)交替地與所述第一網(wǎng)絡(luò)(5A)的所述特定軌道(5A1，5A2，5A3，5A4)接觸，所述特定軌道與構(gòu)成所述敏感部分的敏感材料(6)接觸。
5.如權(quán)利要求1-4中任何一項(xiàng)所述的用于電磁輻射的測(cè)輻射熱探測(cè)器，其特征在于，所述兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)(5A，5B)的每個(gè)的各自導(dǎo)電軌道是直的并且彼此平行，以及第一網(wǎng)絡(luò)(5A)的導(dǎo)電軌道與構(gòu)成第二網(wǎng)絡(luò)(5B)的導(dǎo)電軌道成直角。
6.如權(quán)利要求1-5中任何一項(xiàng)所述的用于電磁輻射的測(cè)輻射熱探測(cè)器，其特征在于，導(dǎo)電軌道的所述兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)(5A)和(5B)被定位在敏感材料(6)的層的上表面的上方。
7.如權(quán)利要求6所述的用于電磁輻射的測(cè)輻射熱探測(cè)器，其特征在于·第一網(wǎng)絡(luò)(5A)通過用介電材料(7A)制成的第一層與敏感材料(6)的所述層電絕緣，所述第一層局部地具有開口，所述開口與所述第一網(wǎng)絡(luò)(5A)的特定導(dǎo)電軌道(5A1，5A2，5A3，5A4)和敏感材料(6)的所述層之間接觸的區(qū)域相對(duì)；·介電材料(7B)的第二層被插在所述第一網(wǎng)絡(luò)(5A)的僅僅用作吸收器(5Aa)的導(dǎo)電軌道和所述第二網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)電軌道(5B)之間；·以及第一網(wǎng)絡(luò)(5A)的特定導(dǎo)電軌道(5A1，5A2，5A3和5A4)和第二網(wǎng)絡(luò)(5B)的某些導(dǎo)電軌道之間的接觸在開口(8)處獲得，所述開口在介電材料(7B)的第二層中形成。
8.如權(quán)利要求1-5中任何一項(xiàng)所述的用于電磁輻射的測(cè)輻射熱探測(cè)器，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)(5A，5B)中的一個(gè)被定位在敏感材料(6)的所述層的下方，并且另一網(wǎng)絡(luò)被定位在敏感材料(6)的所述層的上方。
9.如權(quán)利要求8所述的用于電磁輻射的測(cè)輻射熱探測(cè)器，其特征在于·第一網(wǎng)絡(luò)(5A)被定位在敏感材料(6)的所述層的下方，并且通過用介電材料(7A)制成的第一層與后者電絕緣，所述第一層局部地具有開口，所述開口與所述第一網(wǎng)絡(luò)(5A)的特定導(dǎo)電軌道(5A1，5A2，5A3，5A4)和敏感材料(6)的所述層之間接觸的區(qū)域相對(duì)；·第二網(wǎng)絡(luò)(5B)被定位在敏感材料(6)的所述層的上方，并且通過用介電材料(7B)制成的第二層與后者電絕緣；·以及所述兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)(5A)和(5B)之間的電接觸點(diǎn)通過在所述材料(6)的層和介電材料(7B)的第二層中形成通孔而獲得。
10.如權(quán)利要求8所述的用于電磁輻射的測(cè)輻射熱探測(cè)器，其特征在于·第一網(wǎng)絡(luò)(5A)被定位在敏感材料(6)的所述層的上方，并且通過用介電材料(7A)制成的第一層與后者電絕緣，所述第一層局部地具有開口，所述開口與所述第一網(wǎng)絡(luò)(5A)的特定導(dǎo)電軌道(5A1，5A2，5A3，5A4)和敏感材料(6)的所述層之間接觸的區(qū)域相對(duì)；·第二網(wǎng)絡(luò)(5B)被定位在敏感材料(6)的所述層的下方，并且通過用介電材料(7B)制成的第二層與后者電絕緣；·以及所述兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)(5A)和(5B)之間的電接觸點(diǎn)通過在所述材料(6)的層和介電材料(7B)的第二層中形成通孔而獲得。
11.如權(quán)利要求6或8所述的用于電磁輻射的測(cè)輻射熱探測(cè)器，其特征在于，所述第一網(wǎng)絡(luò)的所有導(dǎo)電軌道(5A)都與測(cè)輻射熱材料(6)的層接觸。
12.如權(quán)利要求11所述的用于電磁輻射的測(cè)輻射熱探測(cè)器，其特征在于·所述網(wǎng)絡(luò)(5A)被定位在敏感材料(6)的所述層的上方；·介電材料(7B)的層被插在所述第一網(wǎng)絡(luò)(5A)的導(dǎo)電軌道和所述第二網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)電軌道(5B)之間；·以及第一網(wǎng)絡(luò)(5A)的導(dǎo)電軌道和第二網(wǎng)絡(luò)(5B)的某些導(dǎo)電軌道之間的接觸在開口(8)處獲得，所述開口在所述介電層(7B)中形成。
13.如權(quán)利要求11所述的用于電磁輻射的測(cè)輻射熱探測(cè)器，其特征在于·所述網(wǎng)絡(luò)(5A)被定位在敏感材料(6)的所述層的下方；·第二網(wǎng)絡(luò)(5B)被定位在敏感材料(6)的所述層的上方，并且通過用介電材料(7B)制成的層與后者電絕緣；·以及所述兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)(5A)和(5B)之間的電接觸點(diǎn)通過在所述材料(6)的層和介電材料(7B)的層中形成通孔而獲得。
14.一種測(cè)輻射熱型紅外探測(cè)設(shè)備，其特征在于，它使用如權(quán)利要求1-13中所述的一個(gè)或多個(gè)測(cè)輻射熱探測(cè)器，并且所述一個(gè)(多個(gè))探測(cè)器通過柱型結(jié)構(gòu)(3)連接到讀出電路(1)。
15.如權(quán)利要求14所述的測(cè)輻射熱型紅外探測(cè)設(shè)備，其特征在于，它具有包括至少兩個(gè)測(cè)輻射熱探測(cè)器的陣列結(jié)構(gòu)。
16.一種用于制造測(cè)輻射熱型紅外探測(cè)器的方法，涉及從讀出電路、特別是從在硅襯底上(1)制造的讀出電路開始，所述方法包括-首先在所述硅襯底上形成第一輔助犧牲層，在制造所述探測(cè)器之后將用任何已知的方法除去所述犧牲層，以便使讀出電路(1)與探測(cè)模塊或敏感部分熱絕緣；-在該輔助犧牲層上形成敏感測(cè)輻射熱材料的層；-在該敏感層(6)上沉積用介電材料制成的層(7A)；-使用光刻掩模和蝕刻在該層中產(chǎn)生有限厚度的線性開口以便產(chǎn)生與敏感材料(6)的層接觸的區(qū)域；-沉積導(dǎo)電材料的第一層；-使用光刻掩模產(chǎn)生導(dǎo)電軌道的第一網(wǎng)絡(luò)(5A)，所述導(dǎo)電軌道中的一些被定位成與在介電材料(7A)的層中形成的開口相對(duì)，并且因?yàn)榇硕c敏感材料(6)電接觸；-通過應(yīng)用用于保護(hù)除小尺寸的開口之外的整個(gè)結(jié)構(gòu)的新的光刻掩模來產(chǎn)生導(dǎo)電支撐或支柱(3)，所述開口通過表面層按照以下順序被蝕刻導(dǎo)電材料(5A)、介電材料(7A)、測(cè)輻射熱材料(6)，然后通過犧牲層直至接觸表面，所述接觸表面先前在讀出電路(1)的表面上形成，然后通過沉積至少一個(gè)金屬層，然后在遠(yuǎn)離支柱(3)的平版光刻掩模的幫助下通過蝕刻這個(gè)/這些金屬層；-在網(wǎng)絡(luò)(5A)上沉積介電材料(7B)的第二層；-使用光刻掩模和蝕刻來在所述介電層(7B)中產(chǎn)生開口(8)，所述開口局部地位于與敏感材料(6)接觸的網(wǎng)絡(luò)(5A)的導(dǎo)電軌道上；-在介電材料(7B)的層上沉積導(dǎo)電材料的第二層；-使用光刻掩模產(chǎn)生導(dǎo)電軌道的第二網(wǎng)絡(luò)(5B)，所述導(dǎo)電軌道基本上相對(duì)于構(gòu)成第一網(wǎng)絡(luò)(5A)的導(dǎo)電軌道被定向成直角；-使用光刻掩模和蝕刻來限定支撐臂(4)和所述探測(cè)器的膜或敏感部分的周邊輪廓；-以及最后，除去所述犧牲層以使所述膜或敏感部分被懸在襯底(1)的上方。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于電磁輻射的測(cè)輻射熱探測(cè)器，其包括敏感部分或膜，其包括敏感材料(6)的一個(gè)或多個(gè)層、與讀出電路(1)保持電連續(xù)性的第一電導(dǎo)體元件、處于浮動(dòng)電位的第二電導(dǎo)體元件；用于所述敏感部分的至少一個(gè)支撐區(qū)域(3)，其實(shí)現(xiàn)相對(duì)于所述讀出電路定位所述敏感部分和電導(dǎo)體的功能；至少一個(gè)絕熱結(jié)構(gòu)(4)，其將每個(gè)支撐區(qū)域(3)電地和機(jī)械地連接到所述敏感部分；所述導(dǎo)體元件被分布為兩個(gè)交叉的重疊的導(dǎo)電軌道的網(wǎng)絡(luò)(5A，5B)，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的第一個(gè)(5A)包括所有所述第一導(dǎo)體元件。
文檔編號(hào)H01L31/00GK1834599SQ200610071119
公開日2006年9月20日 申請(qǐng)日期2006年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月16日
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