[发明专利]基于悬吊测辐射热微板的红外检测器

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

普遍认为，红外检测(即波长范围0.75μm至1000μm的检测)是一个充斥特殊问题的技术领域。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12μm(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＝10μm处吸收的正方形微板的检测器对每个微板需要具有至少17μm侧向尺寸的正方形基板表面积。因此，专用于检测的具有12μm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％。

发明内容

本发明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。