[發明專利]用于MEMS結構中的精確空隙控制和熱隔離的納米尖端間隔物

有效

• 申請號: 201310238257.6
• 申請日: 2013-06-17
• 公開（公告）號: CN103512665A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: D·科科斯;M·德蓬;D·埃拉德;B·高茨曼;L·庫爾;T·E·莫爾夫
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: G01J5/02
• 分類號: G01J5/02;G01J5/34
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 于靜;張亞非

技術領域

本發明涉及半導體成像器件的領域，且更具體而言涉及用于微電子機械系統（MEMS）結構中的精確空隙控制和熱隔離的納米尖端間隔物。

背景技術

熱輻射儀經常被用作紅外或THz頻率范圍中的檢測器。一種類型的熱輻射儀是天線耦合的熱輻射儀，其中，輻射被天線接收，并且在終端電阻中產生熱量。所產生的溫度改變表示信號。由耦合到熱傳感器的天線構成的像素（pixel）被用于在遠紅外（FIR）或更長的波長中工作的成像器件。但是，需要有效的耦合來保持良好的熱隔離（即高熱阻率）且同時最小化天線和傳感器之間的信號損失。研究努力的活躍領域是開發未冷卻的THz傳感器，一般在安全、光譜學和醫學成像等領域中使用，將考慮它們所期望的巨大影響。于是，需要天線和傳感器之間的一種耦合機制。該耦合機制應優選地具有高耦合效率和快速的響應時間。

發明內容

一種THz輻射檢測器，包括與具有基于天線和子像素懸空微電子機械系統（MEMS）的熱傳感器的MSMS混合焦平面陣列（FPA）THz檢測器分離的多個天線臂。天線和傳感器之間的一種可能的耦合方法是通過電容器。大電容被實現，提供了非常高的耦合效率。但是，電容器的幾何尺寸被最小化以保持快速響應時間。

THz輻射檢測器組件包括通過氣隙從懸空平臺分離的多個天線臂，用于實現熱隔離。該檢測器用于將THz輻射能集中到熱傳感器元件所位于的較小的懸空MEMS平臺（例如膜）。在一個實施例中，通過使用電容耦合的像素化（pixilate）天線，THz光子能被轉換為電能，以將聚焦的能量跨熱隔離氣隙耦合，并耦合到熱傳感器所在的懸空膜上。電容器由被一個或多個納米尖端間隔物分隔的兩個極板構成，該納米尖端間隔物確定了極板之間的空隙并提供熱隔離。在另一實施例中，THz光子能經導電納米尖端間隔物而不是通過電容器從天線電耦合到傳感器。納米尖端間隔物還用于在天線和傳感器之間提供熱隔離。

檢測器裝置實現了懸空膜的更強的由聚焦THz誘導的加熱，從而該熱信號變的比檢測器溫度噪聲更強，即使當檢測器在室溫下運行。然后，該更高的熱信號對熱噪聲比率被熱傳感器元件轉換為相對于電噪聲更高的電信號。

由此根據本發明提供了一種太赫茲（THz）檢測器組件，包括：第一介電基板；在第一基板上制造的天線，該天線包括第一電容極板部分；在天線上制造的多個納米尖端間隔物；第二介電基板；在第二介電基板上構造的傳感器，其包括第二電容極板部分，傳感器操作為感測天線陣列接收并經電容耦合傳輸到傳感器的THz能量；并且其中，在其間形成電容耦合的第一電容極板部分和第二電容極板部分之間的分隔由多個納米尖端間隔物產生，該多個納米尖端間隔物操作為在天線和傳感器之間提供熱隔離。

根據本發明還提供了一種太赫茲（THz）檢測器組件，包括：在第一介電基板上制造的天線；在第二介電基板上構造的傳感器，該傳感器操作為感測天線陣列接收到的THz能量；以及多個導電納米尖端間隔物，操作為電耦合天線和傳感器。

根據本發明還提供了一種太赫茲（THz）檢測器部件，包括：第一介電基板；在第一基板上制造的天線，該天線包括第一電容極板部分；第二介電基板；在第二介電基板上構造的傳感器陣列，該傳感器陣列包括懸空平臺，該懸空平臺包含第二電容極板部分和熱傳感器，該傳感器陣列操作為將天線陣列接收的THz能量經電容耦合傳輸到電負載，并將該負載產生的熱轉換為電信號；以及多個納米尖端間隔物，其夾在天線陣列和傳感器陣列之間，并且操作為確定第一電容極板部分和第二電容極板部分之間的空隙并且在該天線陣列和傳感器陣列之間提供熱隔離。

根據本發明還提供了一種太赫茲（THz）檢測器組件，包括：第一介電基板；在第一基板上制造的天線，該天線包括第一電容極板；多個納米尖端間隔物；第二介電基板；在第二介電基板上構造的傳感器陣列，該傳感器陣列包括懸空平臺，該懸空平臺包含第二電容極板、熱傳感器以及耦合到第二電容極板的電負載，該懸空平臺通過連接到所述第二介電基板的一個或多個支持臂而懸空；其中，耦合電容器是通過將天線陣列垂直接合到傳感器陣列而形成的，從而第一電容極板和第二電容極板被空隙分隔，該空隙的距離由多個納米尖端間隔物決定，并且其中，傳感器陣列操作為將天線陣列接收的THz能量經耦合電容器傳輸到電負載，并將電負載產生的熱轉換為電信號，其中，電容耦合在天線陣列和傳感器陣列之間提供熱隔離。

附圖說明

這里參考附圖通過示例的方式描述了本發明，在附圖中：

圖1是示出無源THz輻射檢測器的示例性實施例的圖，該檢測器包含耦合到傳感器平臺的垂直天線；