[发明专利]用于MEMS结构中的精确空隙控制和热隔离的纳米尖端间隔物

说明书

技术领域

本发明涉及半导体成像器件的领域，且更具体而言涉及用于微电子机械系统（MEMS）结构中的精确空隙控制和热隔离的纳米尖端间隔物。

背景技术

热辐射仪经常被用作红外或THz频率范围中的检测器。一种类型的热辐射仪是天线耦合的热辐射仪，其中，辐射被天线接收，并且在终端电阻中产生热量。所产生的温度改变表示信号。由耦合到热传感器的天线构成的像素（pixel）被用于在远红外（FIR）或更长的波长中工作的成像器件。但是，需要有效的耦合来保持良好的热隔离（即高热阻率）且同时最小化天线和传感器之间的信号损失。研究努力的活跃领域是开发未冷却的THz传感器，一般在安全、光谱学和医学成像等领域中使用，将考虑它们所期望的巨大影响。于是，需要天线和传感器之间的一种耦合机制。该耦合机制应优选地具有高耦合效率和快速的响应时间。

发明内容

一种THz辐射检测器，包括与具有基于天线和子像素悬空微电子机械系统（MEMS）的热传感器的MSMS混合焦平面阵列（FPA）THz检测器分离的多个天线臂。天线和传感器之间的一种可能的耦合方法是通过电容器。大电容被实现，提供了非常高的耦合效率。但是，电容器的几何尺寸被最小化以保持快速响应时间。

THz辐射检测器组件包括通过气隙从悬空平台分离的多个天线臂，用于实现热隔离。该检测器用于将THz辐射能集中到热传感器元件所位于的较小的悬空MEMS平台（例如膜）。在一个实施例中，通过使用电容耦合的像素化（pixilate）天线，THz光子能被转换为电能，以将聚焦的能量跨热隔离气隙耦合，并耦合到热传感器所在的悬空膜上。电容器由被一个或多个纳米尖端间隔物分隔的两个极板构成，该纳米尖端间隔物确定了极板之间的空隙并提供热隔离。在另一实施例中，THz光子能经导电纳米尖端间隔物而不是通过电容器从天线电耦合到传感器。纳米尖端间隔物还用于在天线和传感器之间提供热隔离。

检测器装置实现了悬空膜的更强的由聚焦THz诱导的加热，从而该热信号变的比检测器温度噪声更强，即使当检测器在室温下运行。然后，该更高的热信号对热噪声比率被热传感器元件转换为相对于电噪声更高的电信号。

由此根据本发明提供了一种太赫兹（THz）检测器组件，包括：第一介电基板；在第一基板上制造的天线，该天线包括第一电容极板部分；在天线上制造的多个纳米尖端间隔物；第二介电基板；在第二介电基板上构造的传感器，其包括第二电容极板部分，传感器操作为感测天线阵列接收并经电容耦合传输到传感器的THz能量；并且其中，在其间形成电容耦合的第一电容极板部分和第二电容极板部分之间的分隔由多个纳米尖端间隔物产生，该多个纳米尖端间隔物操作为在天线和传感器之间提供热隔离。

根据本发明还提供了一种太赫兹（THz）检测器组件，包括：在第一介电基板上制造的天线；在第二介电基板上构造的传感器，该传感器操作为感测天线阵列接收到的THz能量；以及多个导电纳米尖端间隔物，操作为电耦合天线和传感器。

根据本发明还提供了一种太赫兹（THz）检测器部件，包括：第一介电基板；在第一基板上制造的天线，该天线包括第一电容极板部分；第二介电基板；在第二介电基板上构造的传感器阵列，该传感器阵列包括悬空平台，该悬空平台包含第二电容极板部分和热传感器，该传感器阵列操作为将天线阵列接收的THz能量经电容耦合传输到电负载，并将该负载产生的热转换为电信号；以及多个纳米尖端间隔物，其夹在天线阵列和传感器阵列之间，并且操作为确定第一电容极板部分和第二电容极板部分之间的空隙并且在该天线阵列和传感器阵列之间提供热隔离。

根据本发明还提供了一种太赫兹（THz）检测器组件，包括：第一介电基板；在第一基板上制造的天线，该天线包括第一电容极板；多个纳米尖端间隔物；第二介电基板；在第二介电基板上构造的传感器阵列，该传感器阵列包括悬空平台，该悬空平台包含第二电容极板、热传感器以及耦合到第二电容极板的电负载，该悬空平台通过连接到所述第二介电基板的一个或多个支持臂而悬空；其中，耦合电容器是通过将天线阵列垂直接合到传感器阵列而形成的，从而第一电容极板和第二电容极板被空隙分隔，该空隙的距离由多个纳米尖端间隔物决定，并且其中，传感器阵列操作为将天线阵列接收的THz能量经耦合电容器传输到电负载，并将电负载产生的热转换为电信号，其中，电容耦合在天线阵列和传感器阵列之间提供热隔离。

附图说明

这里参考附图通过示例的方式描述了本发明，在附图中：

图1是示出无源THz辐射检测器的示例性实施例的图，该检测器包含耦合到传感器平台的垂直天线；