[發明專利]電磁輻射傳感器及其制造方法

有效

• 申請號: 201080008386.0
• 申請日: 2010-01-06
• 公開（公告）號: CN102326255A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: M·利熱
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 張文達

技術領域

本發明涉及一種半導體傳感器器件以及制造這種器件的方法。

背景技術

根據已知普朗克輻射定律、斯蒂芬-玻爾茲曼定律和維恩位移定律的這些定律，處于任何非零溫度下的物體都會輻射可描述為電磁波或光子的電磁能量。維恩位移定律表明，物體最大輻射時的波長(λ_max)與物體的溫度成反比，可用以下等式來近似表示：

λmax(μm)≈3000T(K)]]>

因此，對于溫度接近室溫的物體而言，所發射的大部分電磁輻射處于紅外區域內。由于CO₂、H₂O以及其它氣體和物質的存在，地球上的大氣層吸收具有特定波長的電磁輻射。然而，測量已經呈現，存在著吸收最小的“大氣窗口”(atmosphere?window)。這種“窗口”的一個示例為8μm-12μm的波長范圍。另一個窗口出現在3μm-5μm的波長范圍處。通常，溫度接近室溫的物體發射接近10μm波長的輻射。因此，由接近室溫的物體所發射的電磁輻射僅由地球大氣層最小地吸收。因此，對比室溫更溫或更冷的物體的存在的檢測，是易于通過使用能測量由這種物體所發射的電磁輻射的檢測器來實現。

電磁輻射檢測器的一種通常使用的應用是用于在人或車輛接近時自動地激勵或點亮車庫門燈。另一種應用是熱成像。在可用于駕駛員輔助的夜視系統中的熱成像應用中，來自景象的電磁輻射聚焦到檢測器陣列上。熱成像技術與使用光電倍增器來放大任何數量的現有微弱可視光的技術、或者與使用近紅外(～1μm波長)照明和近紅外照相機的技術是截然不同的。

兩種類型的電磁輻射檢測器是“光子檢測器”和“熱檢測器”。光子檢測器通過使用入射光子的能量以激勵材料中的電荷載體，來檢測入射光子。材料的激勵然后進行電子化檢測。熱檢測器也檢測光子。然而，熱檢測器使用所述光子的能量以增加元件的溫度。通過測量溫度的變化，能確定產生溫度變化的光子的強度。

在熱檢測器中，由入射光子引起的溫度變化可使用取決于溫度的電阻器(熱敏電阻)、焦熱電效應、熱電效應、氣體膨脹以及其他方法來測量。熱檢測器的一個優點(尤其用于長波紅外檢測)在于，不同于光子檢測器，熱檢測器不需要低溫冷卻以實現可接受水平的性能。

一種類型的熱傳感器已知為“輻射熱測量計(bolometer)”。盡管術語“輻射熱測量計”的詞源覆蓋用來測量輻射的任何器件，輻射熱測量計通常理解為這樣一種的熱檢測器，其依賴于熱敏電阻來檢測在長波紅外窗口(8μm-12μm)或在中波紅外窗口(3μm-5μm)中的輻射。

由于輻射熱測量計必須首先吸收入射電磁輻射以感應溫度變化，輻射熱測量計中的吸收體的效率與輻射熱測量計的敏感度和準確性有關。理想地，期望入射電磁輻射接近100％地進行吸收。理論上，金屬薄膜(其薄層電阻(歐姆/平方)等于自由空間的特性阻抗、且放置于光學厚度d的介質或真空間隙上方)對于波長4d的電磁輻射而言將具有100％的吸收系數。以下公式示出自由空間的特性阻抗(Y)的表達式：

Y=μ0ϵ0]]>

其中，ε₀是真空介電常量(vacuum?permittivity)，并且μ₀是真空磁導率(vacuum?permeability)。

自由空間的特性阻抗的數值接近377歐姆。間隙的光程被限定為“nd”，這里n是電介質、空氣或真空的折射率。