[发明专利]一种非制冷微测辐射热计及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及非制冷红外探测、及非制冷太赫兹探测技术领域，具体涉及一种微测辐射热计及其制备方法。

背景技术

红外探测器把不可见的红外热辐射转化为可检测的电信号，实现对外界事务的观察。红外探测器分为量子探测器和热探测器两类。热探测器又称非制冷型红外探测器，可以在室温下工作，具有稳定性好、集成度高、和价格低等优点，在军事、商业和民用等领域有广泛的应用前景。非制冷红外探测器主要包括热释电、热电偶、热敏电阻等三种类型，其中，基于热敏电阻的微测辐射热计焦平面探测器，是近年发展非常迅猛的一种非制冷红外探测器(参见Leonard P.Chen，“Advanced FPAs for Multiple Applications”Proc.SPIE，4721，1-15(2002)文献)。太赫兹探测器是把波长更长的太赫兹波段的电磁波辐射转化为可检测的电信号，实现对外界事务的观察。太赫兹也有多种型号的探测器，其中，非制冷太赫兹微测辐射热计具有与非制冷红外微测辐射热计类似的结构，可以通过对后者的改进来获取。微测辐射热计的红外、或太赫兹辐射探测过程，主要通过悬浮的微桥结构来完成，所以，悬浮微桥是影响器件制造成败及性能高低的关键性因素。微测辐射热计对构造其悬浮微桥的薄膜材料，尤其是核心的热敏电阻材料，有特殊的要求，体现在：相关材料应具有合适的电学、光学、及力学性能等。

有多种材料能够用作非制冷微测辐射热计的热敏电阻材料。其中，氧化钒薄膜具有非常优良的电学及光学性能，而且，材料制备的集成度高，是最常用的高性能非制冷微测辐射热计的热敏电阻材料，广泛应用在非制冷红外探测器、及非制冷太赫兹探测器当中。2002年12月3日授权的NEC公司Mori Toru等人申报的美国专利USP 6489613，就描述了一种用于微测辐射热计的氧化钒薄膜的制备方法，该发明利用溶胶凝胶(Sol-gel)技术，掺入特定的金属杂质，使氧化钒的电学性能符合器件的要求。文献H.Jerominek，F.Picard，et al.，“Micromachined，uncooled，VO₂-based，IR bolometer arrays”，Proc.SPIE，2746，60-71(1996)，则描述了一种基于氧化钒热敏电阻膜的微测辐射热计微桥结构。然而，由于钒原子的电子结构为3d³4s²，其中的4s及3d轨道皆可失去部分或全部电子，所以，传统方法制备的氧化钒薄膜含有其本身无法克服的缺点：即氧化钒薄膜中V元素的价态复杂、薄膜化学结构的稳定性差等。例如，采用磁控溅射制备氧化钒薄膜时，其中的V元素一般包括0、+2、+3、+4、+5等多种价态(参见Xiaomei.Wang，Xiangdong.Xu，et al.，“Controlling the growth of VOx films for various optoelectronic applications”，Proceedings of the 2009 16th IEEE International Symposium on the Physical and Failure Analysis of Integrated Circuits，IPFA，p 572-576(2009)文献)。由于V元素的组成复杂，制备工艺的微小变化都会对氧化钒薄膜的化学组成产生较大的影响，从而使薄膜的电学、光学、力学等性能发生明显变化，进而影响到器件的性能。所以，基于氧化钒薄膜的微测辐射热计的主要缺点是：氧化钒薄膜的制备工艺难度大，产品的重复性、和稳定性差等。