热探测器制造技术

根据本发明专利技术的示例方面，提供一种探测器，所述探测器包括：光学吸收膜，其悬挂在膜与基板之间的空腔上方，所述基板包括在探测器中；以及热电转换器，其将光学吸收膜附接在空腔上方，其中，光学吸收膜在热电转换器的n型热电元件与p型热电元件之间形成接触元件。件与p型热电元件之间形成接触元件。件与p型热电元件之间形成接触元件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热探测器


[0001]本公开涉及热电热探测器。

技术介绍

[0002]光学探测器是光敏传感器，其确定入射电磁辐射的存在和/或强度，并根据合适的电信号输出测量值。光学探测器分为量子型探测器和热型探测器。量子探测器(或光伏和光导探测器)典型地更快，并通常具有比热探测器更高的灵敏度，但相对复杂。在红外范围内操作的量子探测器通常由昂贵的和/或有毒的材料制成，并且需要在低温下操作以实现高灵敏度(由于降低温度可以抑制噪声)。热型传感器是配置成通过将电磁辐射转换成热量并根据合适的电信号确定产生的温度来确定电磁辐射的功率的装置。
[0003]热传感器利用各种技术，但最相关的商业技术是电阻式热探测器和热电式热探测器。热探测器由入射辐射的吸收体和变换器构成，所述变换器将吸收体的温度变化转换成电信号。电阻式热探测器(有时被称为测辐射热计)使用温度相关的电阻器作为变换器。热电热探测器(通常是热电堆或热电偶)使用基于热电效应的热电转换。

技术实现思路

[0004]根据一些方面，提供了独立权利要求的主题。在从属权利要求中限定了一些实施例。
[0005]根据本公开的第一方面，提供一种探测器，所述探测器包括：光学吸收膜，其悬挂在膜与基板之间的空腔上方，所述基板包括在探测器中；以及热电转换器，其将光学吸收膜附接在空腔上方，其中，光学吸收膜在热电转换器的n型热电元件与p型热电元件之间形成接触元件。
[0006]根据本公开的第二方面，提供一种制造探测器的方法，所述方法包括：获得基板晶圆并在基板晶圆上沉积氧化物层；在氧化物层上沉积热电转换器层；在氧化物层上或在热电转换器层上沉积光学吸收层；并且，在氧化物层中刻蚀凹槽以形成空腔，留下光学吸收膜，所述光学吸收膜包括光学吸收层和由热电转换器层悬挂在空腔上方的热电转换器层的一部分。
附图说明
[0007]图1A示出了根据本专利技术至少一些实施例的示例热探测器；
[0008]图1B示出了根据本专利技术至少一些实施例的示例热探测器；
[0009]图2A示出了根据本专利技术至少一些实施例的示例热探测器；
[0010]图2B示出了根据本专利技术至少一些实施例的具有图案化膜的示例热探测器；
[0011]图3A示出了装置配置的示例；
[0012]图3B示出了装置配置的示例；
[0013]图4A至图4D示出了制造方法的阶段；
[0014]图5A至图5D示出了各种吸收膜结构，以及
[0015]图6是根据本专利技术至少一些实施例的方法的流程图。
具体实施方式
[0016]如本文所公开的构造的探测器包括由热电转换器悬挂的光学吸收膜，例如悬挂在空腔上方。空腔可以在其底部处具有反射器，以将薄膜未吸收的入射光部分反射回来，以提高探测器的灵敏度。空腔可以具有共振功能。膜可以是纳米膜，其厚度为纳米级。纳米级膜重量轻，能够作为对入射辐射的响应而升温更快，从而提高探测器的响应速度。公开的探测器还不具有单独的支撑结构，因为膜通过热电转换器本身直接悬挂并附接在空腔上方。探测器不具有单独的支撑结构的事实还提高了响应时间，因为在具有支撑结构的系统中，支撑结构通过增加探测器的热容来降低响应时间。有益的是，本文公开的探测器可以使用更安全(例如毒性更小)的材料来制造。这些材料也可以更便宜。另外，本文公开的探测器可以使用微电子机械、MEMS和其他方法来制造。
[0017]量子探测器(或光伏和光导探测器)需要用于高灵敏度的冷却解决方案，并且通常具有高成本，并需要外来和/或有毒材料，诸如长波红外探测所需的HgCdTe。冷却系统带来复杂性、功耗和成本。热型和量子型的非冷却光学探测器的主要限制是在特定探测率所描述的灵敏度方面性能较差。最先进的热探测器典型地比量子探测器慢。与需要有源功率的电阻探测器相比，热电转换提供提高的灵敏度和低功耗的优点。热电转换不需要外部电源，因为它本身产生电压。此外，因为在热电元件的情况下信号转换不需要电流，因此噪声源较少，从而导致更高的信噪比(即，提高的灵敏度)。
[0018]图1A示出了根据本专利技术至少一些实施例的示例探测器。探测器包括光学吸收膜110，为简洁起见，下文将其称为膜110。膜110作为对其吸收的入射电磁辐射的响应而升温。n型半导体元件120将膜110连接到短棒122。p型半导体元件130将膜110连接到短棒132。短棒122、132可以设置在基板上，基板在图1A中未示出。基板可以限定膜110之下的空腔，如将在下文公开的。探测器可以具有一对以上的半导体元件120、130支腿，在这种情况下，该结构可以更坚固。膜110可以通过将其放置在真空中而进行热隔离。
[0019]热电转换器由两种不同的热电材料构成，所述热电材料通过接触元件接合在一起。不同的热电材料包括带负电荷载体的n型半导体和带正电荷载体的p型半导体。在图1A中，热电转换器因而由半导体元件120和130组成。膜110被布置成充当热电转换器的n型热电元件120与p型热电元件130之间的接触元件。
[0020]图1B示出了根据本专利技术至少一些实施例的示例探测器。这个附图展示了探测器的不同视图，其包括与图1A相同的部件，相似的附图标记表示相似的结构。此处可见短棒122、132设置在基板140上，所述基板可以包括合适的材料。例如，基板140可以包括硅晶圆。例如，短棒122、132可以由氧化物材料(诸如氧化硅)构成。图1B的探测器还包括反射器150，所述反射器被布置成将穿过膜110而未被膜吸收的电磁辐射反射回来。反射器的存在因此增加了探测器的灵敏度，因为入射辐射的较大部分被膜110吸收。实际上，辐射有两个被吸收的机会，一个在从反射器150反射之前，而另一个在从反射器150反射之后。实际上，在膜110与反射器150之间形成光学空腔。例如，对于分布式布拉格镜，反射器150可以由金属、半金属、高导电半导体、电介质或导电性差的半导体组成。替代地，N+(高/简并N掺杂)或P+(高/
简并N掺杂)掺杂半导体镜可以与全掺杂基板140、表面掺杂基板140(例如，使用注入或扩散)、或沉积和掺杂层一起使用。在一些实施例中，基板140本身充当反射器，例如在基板140导电的情况下，诸如在其为高掺杂硅或其他半导体或金属基板的情况下。
[0021]短棒122、132可以在热电转换器120、130与配置成处理来自探测器的信号的读出电子器件之间提供电连接。例如，这些电连接可以使用采用金属焊盘的线键合、倒装芯片键合或晶圆键合技术来构建。作为另一个替代方案，基板140可以包括CMOS电路。另外，探测器可以与其他光学装置接合，诸如微光谱仪薄膜(例如法布里
‑
珀罗干涉仪)。为了清晰起见，在图1B中未示出读出电子器件。短棒可以是氧化物材料，也可以是探测器制造期间刻蚀的牺牲层的残余物。例如，正硅酸乙酯、TEOS、氧化硅、等离子体增强化学气相沉积、CVD、氧化硅或低压CVD低温氧化物、LTO、氧化硅。
[0022]图2A示出了根据本专利技术至少一些实施例的示例探测器。相似附图标记表示如图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种探测器，其包括：光学吸收膜，所述光学吸收膜悬挂在所述膜与基板之间的空腔上方，所述基板包括在所述探测器中，以及热电转换器，所述热电转换器将所述光学吸收膜附接在所述空腔上方，其中，所述光学吸收膜在所述热电转换器的n型热电元件与p型热电元件之间形成接触元件。2.根据权利要求1所述的探测器，其中，所述光学吸收膜通过所述热电转换器附接在所述空腔上方是通过支腿，所述支腿不包括非热电材料。3.根据权利要求1或2所述的探测器，其中，所述膜的厚度小于800纳米、小于200纳米、小于180纳米、小于160纳米、小于100纳米、小于60纳米或小于20纳米。4.根据权利要求1至3中任一项所述的探测器，其中，所述探测器还包括附接在所述空腔的内边缘中的背反射器，所述背反射器布置成将未被所述膜吸收的光学信号反射回所述膜。5.根据权利要求1至4中任一项所述的探测器，其中，所述探测器是仅被动冷却的。6.根据权利要求1
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5中任一项所述的探测器，还包括框架，所述框架或者在所述热电转换器的顶部上，或者在所述热电转换器与限定所述空腔的高度的短棒之间。7.根据权利要求6所述的探测器，其中，所述框架由氧化铝组成。8.根据权利要求1至7中任一项所述的探测器，其中，所述热电转换器部分地包括硅。9.根据权利要求1至8中任一项所述的探测器，其中，所述热电转换器部分地包括碲化铋。10.根据权利要求1至9中任一项所述的探测器，其中，所述热电转换器部分地包括碲化锑。11.根据权利要求1至10中任一项所述的探测器，其中，所述光学吸收膜包括氮化钛。12.根据权利要求1至11中任一项所述的探测器，其中，所述光学吸收膜包括钛钨。13.根据权利要求1至12中任一项所述的探测器，其中，所述光学吸收膜包括钛。14.根据权利要求1至13中任一项所述的探测器，其中，所述光学吸收膜包括掺杂铝的氧化锌。15.根据权利要求1至14中任一项所述的探测器，其中，所述光学吸收膜包括铝。16.根据权利要求6所述的探测器，其中，所述短棒包括：在所述热电转换器与读出电子器件之间的电连接，所述读出电子器件配置成处理来自所述探测器的信号。17.根据权利要求16所述的探测器，其中，所述短棒由氧化硅组成。18...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿波，
申请(专利权)人：芬兰国家技术研究中心股份公司，
类型：发明
国别省市：