基于悬吊测辐射热微板的红外检测器制造技术

提供一种用于检测预定的红外或太赫兹波长范围内的电磁辐射的测辐射热阵列检测器，所述检测器包括：基板(16)；和通过支撑臂悬吊于基板上方的用于检测所述辐射的测辐射热微板阵列。它包括置于每个微板顶部和周围并且其中形成开口(26)的金属膜；和金属膜(22)中的所述开口(26)以等于或小于的周期沿至少一个预定轴周期性地位于所述金属膜(22)中，其中λ是待检测的波长范围内的波长并且n是使微板相对于金属膜(22)隔开的介质的平均折射率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及红外和太赫兹测辐射热检测领域，更具体地，涉及使用悬吊于基板上方的微板阵列的测辐射热检测领域。
技术介绍
普遍认为，红外检测(即波长范围0. 75 μ m至1000 μ m的检测)是一个充斥特殊问题的
事实上，只要其温度超过0° K，每个物体都发出红外光谱。因此，如果红外检测器不被冷却，则围绕敏感元件(基板、连接器和导线、封装、光学器件等)的设备发射显著的红外辐射，这增加了源自试图检测的现场的辐射。在温度为300° K时，这种不想要的组分可能非常显著，并且有时占检测元件所产生的总信号的多于99%。这种不想要的组分一般被称为“热噪”或“共模噪声”。因此，相对于其他类型的检测，尤其是可见光谱的检测，需要提供能够有效应对这种共模噪声的结构和操作原理。为实现这点，将第一高灵敏度红外检测器冷却至约100° K 或甚至几。K的极低温度以最小化共模噪声。另外，存在两类截然不同的红外检测器，即“量子”检测器和“热”检测器，尤其是热测辐射热检测器。还众所周知的是这两类检测所使用的物理原理完全不相同，且每种都有其自身的问题。在量子检测器的情况下，由于红外光谱中的光子吸收作用，使用半导体来产生电子-空穴对，由此产生的电荷载流子通过通常与PN型结相结合的电极来收集。与此相比，在测辐射热检测器的情况下，使用具有将入射红外通量的能量转化成热的能力的吸收材料。还使用该材料或与第一种材料相接触的第二种材料来将所产生的热转化成电特征的变化，所述变化一般为电阻的变化。随后测量所述电特征的变化。已设计出一种特别的测辐射热检测器结构以应对共模噪音，即包括测辐射热微板的阵列的检测器，所述阵列通过支撑和热隔离臂悬吊在所谓的“读取”基板上方。正如本身已知的那样，这种结构尤其提供为将测辐射热元件与基板热隔离，所述基板是共模噪音的主要来源，因为其极其接近所述元件。首先，这导致灵敏度显著增加；其次，这种结构也使得可以不需要冷却至极低温度。尽管基于悬吊微板的结构具有很多优点，尤其是不需要冷却至极低温度来使用的可能性，但测辐射热微板支撑臂的存在使得不可能使用当前制造技术来实现令人满意的填充因数——微板越是微型化，填充因数就越差。已经开发了解决方案来改善填充因数。然而，这些解决方案使制造过程更加复杂并涉及更高的成本。例如，文献US 6 094 127描述了具有三个叠合层的检测器，所述三个层具体为包括集成电路的层、支撑层和吸收层。吸收层因此可占据检测器的整个表面区域， 由此提高其效率。然而，为了使吸收层和支撑层电连接，在支撑和吸收层之间插入电互连元件。这种电互连元件由封闭在介电鞘中的导电通道构成。这导致复杂的制造过程，其对检测器的层之间的电连续性构成风险；然而，这种电联续性是确保检测器最佳运行的关键要素。此外，与吸收层相接触的电互联元件的存在可对检测器的吸收品质和灵敏度具有不良影响。此外，为了改善检测器的效率和/或降低制造成本，通常使用批量加工制造方法， 其中由单个硅片制造连接的多个微板阵列，并随后进行个体化，例如如文献US 6 753 526 和US 6 924 485中描述的。考虑到批量加工制造方法已被采用的事实，为了制造微板阵列，也使用源自微电子工业的批量加工制造方法，以生产直接包括用于每个微板的真空封装的检测器，例如如上述文献所述的。所述封装一般称为集成气密微封装，由位于基板上的每个微板顶部产生的帽(位于微板的每一侧上)构成，并且被气密性真空密封。与对每个微板阵列单个进行的单个气密性密封封装相比，以批量模式进行封装步骤使得可以降低检测器的生产时间和生产成本。然而，对于任何给定的阵列尺寸，每个微板之间必须留出的用以支持所述帽的空间导致检测器的光学活性表面积显著降低，因此导致检测器的效率直接降低。由于其结构，由支撑臂悬吊并专用于检测红外或太赫兹辐射的测辐射热微板的可用表面积与基板的表面积相比受限，并且这降低检测器的灵敏度。例如，生产侧向尺寸为12μπι(当前反映测辐射热微板的最大小型化程度的尺寸) 且在约λ = 10 μ m处吸收的正方形微板的检测器对每个微板需要具有至少17 μ m侧向尺寸的正方形基板表面积。因此，专用于检测的具有12μπι侧向尺寸微板的阵列的可用表面积占所述阵列总表面积的不到50%。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决上述因基于悬吊微板的测辐射热检测器的可用表面积降低引起的灵敏度降低的问题。为实现这点，本专利技术的目的是一种测辐射热阵列检测器，用于检测预定的红外或太赫兹波长范围内的电磁辐射，所述检测器包括基板；和通过支撑臂悬吊于基板上方的用于检测所述辐射的测辐射热微板阵列。根据本专利技术所述检测器包括置于每个微板顶部和周围并且其中形成开口的金属膜；和金属膜中的所述开口以等于或小于会的周期沿至少一个预定轴周期性地位于所述金属膜中，其中λ是待检测的波长范围内的波长并且η是使微板相对于金属膜隔开的介质的平均折射率。换句话说，所述金属膜引发电磁辐射共振，其所述辐射汇聚到所述金属膜下方，并因此汇聚到所述微板上，后者因此吸收更多辐射。在以下描述中以及如本领域所通常接受的，当涉及检测阵列时，术语“像元”(pixel)是指产生图像元素相关的输出信号的所有硬件元件以及专用于这些元件的表面。在本专利技术的一个实施方案中，开口沿所述或每个预定轴的宽度从位于微板中央区域上方的金属膜上的位置朝所述金属膜的外周增加。换句话说，所述开口的布局和形状使入射的辐射汇聚到所述测辐射热微板上。因为所述金属膜延伸到所述微板之外，所以入射到不与所述微板垂直对准的金属膜部分上的那部分辐射被“重新导向”微板。因此，专用于检测辐射的可用表面积增加，结果，检测器的总灵敏度得到优化。而且，这种效果是在基本不改变所述微板的表面与所述微板阵列总表面之比的情况下获得的。更具体而言，所述开口在所述膜上所述位置处的宽度满足方程其中Wtl 是所述位置的宽度，并且P是在所述预定轴上的周期，其中两个相邻开口之间的宽度差为200χη土20χη Β所述开口在所述位置处的宽度优选基本上等于f。两个相邻开口之间的宽度差优选基本上等于·^。在本专利技术的一个实施方案中，所述开口的所述宽度是恒定的，并且为中Wtl是裂缝的宽度，并且P是预定轴上的周期。在本专利技术的一个实施方案中，所述金属膜以小于&的距离位于微板的上方；这优化了到所述微板上的汇聚。在本专利技术的一个实施方案中，周期P基本上等于这使微板对所述辐射的吸收最大化。在本专利技术的一个实施方案中，所述金属膜具有小于&的厚度和优选基本上等于 ‘的厚度。金属膜对辐射的吸收以这种方式降低。具体来说，所述厚度防止辐射被过度截留在所述膜中，并因此防止过量的辐射被所述膜所吸收。在一个实施方案中，所述金属膜位于对待检测的所述波长至少部分透明的支撑层上，所述支撑层尤其为介电层或半导体层。在本专利技术的第一方案中，所述金属膜中的所述开口也在所述支撑层中制成。在本专利技术的第二个方案中，所述支撑层是固体，并且与围绕所述微板的侧支撑壁一起构成密封空间(hermetic enclosure)，所述微板置于其中。例如，所述金属膜可在密封帽的已有盖上形成。在本专利技术的一个实施方案中，所述金属膜由位于所述微板的支撑臂上的结构支撑；这减小了支撑所述金属膜的结构的整体尺寸。在一个实施方案中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：若弗鲁瓦·迪蒙，阿涅丝·阿诺，萨利姆·布塔米，皮埃尔·因佩里内蒂，亚历山大·玛莉，斯特凡·波卡斯，维尔弗里德·拉博，
申请(专利权)人：原子能与替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：