[發明專利]一種太赫茲或紅外微測輻射熱計及其制作方法

有效

• 申請號: 201110248285.7
• 申請日: 2011-08-26
• 公開（公告）號: CN102426060A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 許向東;楊卓;蔣亞東;何瓊;敖天宏;樊泰君;黃龍;溫粵江
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01J5/20
• 分類號: G01J5/20;B81C1/00;B32B9/00
• 代理公司: 成都華典專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 徐豐;楊保剛

技術領域

本發明涉及非制冷太赫茲探測、及非制冷紅外探測技術領域，具體涉及一種微測輻射熱計及其制備方法。

背景技術

紅外探測器把不可見的紅外熱輻射轉化為可檢測的電信號，實現對外界事務的觀察。紅外探測器分為量子探測器和熱探測器兩類。熱探測器又稱非制冷型紅外探測器，可以在室溫下工作，具有穩定性好、集成度高、和價格低等優點，在軍事、商業和民用等領域有廣泛的應用前景。非制冷紅外探測器主要包括熱釋電、熱電偶、熱敏電阻等三種類型，其中，基于熱敏電阻的微測輻射熱計焦平面探測器，是近年發展非常迅猛的一種非制冷紅外探測器（參見Leonard?P.?Chen,?“Advanced?FPAs?for?Multiple?Applications”?Proc.?SPIE,?4721,?1-15?(2002)文獻）。太赫茲探測器是把波長更長的太赫茲波段（30~3000?μm）的電磁波輻射轉化為可檢測的電信號，實現對外界事務的觀察，同樣具有重要的軍事和民用前景。太赫茲也有多種型號的探測器，其中，非制冷太赫茲微測輻射熱計具有與非制冷紅外微測輻射熱計類似的結構，可以通過對后者的改進來獲取，是太赫茲應用的重要方面（參見Linda?Marchese,?Martin?Bolduc,?Bruno?Tremblay,?Michel?Doucet,?Hassane?Oulachgar,?Lo?c?Le?Noc,?Fraser?Williamson,?Christine?Alain,?Hubert?Jerominek,?Alain?Bergeron,?“A?microbolometer-based?THz?imager”,?Proc.?SPIE,?7671?76710Z-8?(2010)?文獻）。微測輻射熱計的紅外、或太赫茲輻射探測過程，主要通過懸浮的微橋結構來完成，所以，懸浮微橋是影響器件制造成敗及性能高低的關鍵性因素。微測輻射熱計對構造其懸浮微橋的薄膜材料，尤其是核心的熱敏電阻材料，有特殊的要求，體現在：相關材料應具有合適的電學、光學、及力學性能等。

有多種材料可以用作微測輻射熱計的熱敏材料。其中，氧化釩薄膜具有非常優良的電學性能及光學性能，而且材料的集成度高，是最常用的高性能非制冷微測輻射熱計的熱敏電阻材料。1994年2月15日授權的Honeywll公司的Barrett?E.?Cole等人申報的美國專利USP?5286976，以及文獻H.?Jerominek,?F.Picard,et?al.,?“Micromachined?uncooled?VO₂-based?IR?bolometerarrays”,?Proc.?SPIE,?2746,?60-71?(1996)，分別描述了基于氧化釩熱敏電阻薄膜的紅外探測器結構。然而，由于釩原子的電子結構為3d³4s²，其中的4s及3d軌道皆可失去部分或者全部電子，所以傳統的氧化釩薄膜的制備方法，例如磁控濺射、電子束蒸發、激光脈沖沉積等，含有其本身無法克服的缺點：即所制備的氧化釩薄膜中V元素的價態復雜、薄膜化學結構的穩定性差等。例如，采用磁控濺射制備氧化釩薄膜時，其中的V元素一般包括0、+2、+3、+4、+5等多種價態（參見Xiaomei?Wang，Xiangdong?Xu，et?al.，“Controlling?the?growth?of?VO_x?films?for?various?optoelectronic?applications”，Proceeding?of?the?2009?16^th?IEEE?International?Symposium?on?the?Physical?and?Failure?Analysis?of?IntegratedCircuits，IPFA，p?572-576（2009）文獻）。由于V元素的組成復雜，制備工藝的微小變化都會對氧化釩薄膜的化學組成產生較大影響，從而使薄膜的電學、光學和力學性能等發生明顯變化，進而影響到器件的性能。所以，基于氧化釩薄膜的探測器的一個主要缺點是：氧化釩薄膜的制備工藝難度大，產品的重復性和穩定性差。