[发明专利]辐射热测量计及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种红外探测器，尤其涉及一种通过改变热敏电阻的结构而获得的一种辐射热测量计。

背景技术

辐射热测量计是一种热敏电阻型探测器，是当前研制最为成功的红外探测器之一。辐射热测量计基于热敏电阻处于辐射通量的条件下其电阻发生变化的性质来检测能量，其中热敏电阻一般由金属或半导体材料制成。当探测器吸收红外辐射功率ΔW时，引起温度改变ΔT，热敏电阻的电阻变化ΔR，利用读出电路(ROIC)将该电阻的变化转换为电压或电流的变化，即可得到与之对应的红外辐射功率。

自1992年美国技术解密后，对辐射热测量计的研究经历了迅速发展的阶段。人们已经研究了基于各种材料制作的辐射热测量计，包括氧化钒(VOx)、多晶硅、非晶硅、多晶锗硅、金属材料以及高温超导材料YBaCuO等。在这些材料中，氧化钒(VOx)和掺杂非晶硅这两种半导体材料由于有着较高的温度电阻系数(TCR)、适中的电阻率、较低的制备工艺温度、能够与IC工艺兼容等优点，得到了迅速的发展。目前，主流的辐射热测量计结构仍为采用表面牺牲层工艺制备的悬空微桥结构，主要包括基底层、固定连接于基底层上的支撑层、在支撑层上制成的吸收层和信号传输结构等，其主要改进在于材料特性的优化、热敏电阻单元尺寸的减少及阵列规模的增加。

对热敏电阻材料的要求一般有以下几点：(1)高TCR值；(2)低热容、低热导；(3)低1/f噪声参数；(4)高红外吸收率；(5)适中的电阻值。其中，较低的电阻会使有效电阻温度系数减小，较高的电阻会带来较高的电压响应，但是同时也会造成Johnson噪声、热噪声和1/f噪声的增加。上述这些参数相互关联，任意参数的改变都必须考虑其他参数的变化，所以在热敏电阻单元尺寸不断减少的情况下，要保证电阻值基本不变，可以通过以下两种途径达到：(1)改变热敏电阻材料的掺杂浓度；(2)优化热敏电阻电阻结构。目前通过掺杂得到的掺杂非晶硅的电阻率范围为10²Ω·cm～10⁹Ω·cm，但是掺杂浓度改变的同时会影响材料的其他参数，而且原位掺杂的能力有限，仅仅通过原位掺杂工艺改变热敏电阻阻值，工艺上存在很大的难度。如果能够通过优化热敏电阻电阻结构并结合掺杂浓度的改变而使电阻值满足设计的要求对于辐射热测量计的制备将是十分有利的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是通过优化热敏电阻的电阻结构，结合热敏电阻材料掺杂浓度的改变，解决以往辐射热测量计只依赖通过改变热敏电阻材料掺杂浓度的方法以使其符合性能要求的问题，从而达到设计结构灵活多变的目的。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种辐射热测量计，结构中包括：基底、位于基底上方的支撑层、制作在支撑层上的下电极、下电极上制备有热敏电阻、热敏电阻上覆有上电极、上电极上制备有吸收层，其中基底和支撑层平行且有间隙地设置，其中，热敏电阻分为独立单元组并联设置在上电极和下电极之间。

上述辐射热测量计的制备方法具体步骤为：

1)在基底上电子束蒸发制备反射层；

2)制备牺牲层；

3)淀积低应力氮化硅或氧化硅薄膜制备支撑层；

4)光刻、刻蚀牺牲层形成下电极图形锚点，溅射形成下电极；

5)淀积非晶硅薄膜并掺杂，光刻、刻蚀完成热敏电阻分离单元组的制备；

6)淀积氮化硅隔离层；

7)光刻、刻蚀牺牲层形成上电极图形锚点，溅射形成上电极；

8)淀积、光刻、刻蚀制备吸收层；

9)刻蚀牺牲层，释放辐射热测量计微结构。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：在单元尺寸相同的情况下，相对于传统的平面电阻方式，通过采用热敏电阻并联结构设计使热敏电阻结构的设计更灵活，使热敏电阻阻值的调整不再局限于薄膜厚度以及电阻率的改变，从而使热敏电阻的阻值在大范围可调，优化了器件的性能，满足了不同应用的需求，这样将很大程度的提高了设计的灵活性。