三层微桥结构、三层非制冷微测辐射热计及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种三层微桥结构，包括桥面、第二层微桥、第一层微桥、左右铝电极，该微桥结构最上层的桥面铺有光吸收材料以及热敏电阻薄膜和钝化层，桥面与第二层微桥之间形成上层光学谐振腔，两层微桥之间构成了中层光学谐振腔，第一层微桥和底层硅衬底之间构成了下层光学谐振腔，本发明专利技术还提供一种包含所述微桥结构的三层非制冷微测辐射热计及其制备方法，本发明专利技术微桥结构有三个谐振腔，光学吸收效率得到极大提升；其次在仿真过程中，同样的应力条件下，三层S型微桥结构比单层L型和双层S型两种结构的形变量都要小，这保证了微桥结构良好的力学稳定性。同时，桥腿的增长也提升了器件整体的温升。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及红外探测器领域，具体为一种三层微桥结构、包含该微桥结构的三层非制冷微测辐射热计及其制备方法。
技术介绍
红外辐射的应用范围很广，包括通讯、医疗、化学、生物、战争等多个领域。根据红外辐射的波长范围不同，对应不同的发生源，传播途径以及探测器，整个红外光谱区按波段大小可以被划分为4个波段，它们分别是：近红外(NIR：0.75～3μm)、中外红(MIR：3～6μm)、远红外(FIR：6～15μm)和极远红外(15～1000μm)。并且在大气中，中红外线波段和长波红外线波段有3～5μm和8～14μm两个大气窗口；红外光是不可见光，我们可以通过红外探测器把不可见的红外辐射转换成可测量的其他物理量，用以觉察它的存在和测量它的强弱。由于红外探测器的工作原理不同，红外探测器可以分为两个种类：热探测器和光子探测器。其中热探测器应用更加广泛，它的工作原理是吸收红外辐射，产生温升，进而使探测材料产生电阻率变化、温差电动势等等，通过测量这些量就可以测试出吸收的红外辐射功率。光子探测器的工作原理是吸收光子引起内光电效应和外光电效应等光电效应，通过测量光子数可以测出红外辐射量。按工作方式不同红外探测器又可以分为制冷型和非制冷型的，两者相比较，非制冷热探测器不需要制冷，重量轻，小型化，使用方便。非制冷红外探测器的发展趋势是大阵列化、像素尺寸小型化，在军用和民用领域应用越来越广泛。红外探测器把不可见的红外辐射转化为可检测的电信号，实现对外界事物的观察。红外探测器分为量子探测器和热探测器两类。热探测器又称非制冷红外探测器可以在室温下工作，具有重量轻，集成度高，成本低可靠性强等多优点，在军事，商业和民用等领域具有广泛的应用前景。非制冷红外探测器主要包括热释电，热电偶，热敏电阻三种类型。其中给予热敏电阻的微测辐射热计是焦平面探测器是是今年发展迅猛的，应用极为广泛的一种非制冷红外探测器(Leonard P.Chen,“Advanced FPAs for Multiple Applications”Proc.SPIE,4721,1-15)。微测辐射热计的红外探测过程，主要通过悬浮的微桥结构来完成，其主要原理是光吸收层接受外界的太赫兹辐射导致微桥温度发生变化，温度的变化导致热敏电阻薄膜的电阻发生变化，这种电学性能的变化通过电极检测，并传寄到读出电路，完成信号处理，成像。所以悬浮微桥是影响此类探测器制造成败或者性能高低的性能的关键因素，其中微桥的形状和结构，桥腿的稳定性和绝缘性等是重要的影响因素。20世纪90年代Honeywell公司首先研制出I型桥腿结构的非制冷红外微测辐射焦平面，参见1994年2月15日授权的Honeywell公司Barrett E.Cole申报的美国专利USP5286976。但是这种微桥结构的优点是结构简单，性能稳定，制备工艺容易实现。但是微桥桥腿并没有达到良好的绝热效果。同时桥腿占据了一定的桥面面积，减少了光学吸收面积，导致器件性能下降，限定了器件的进一步提高。另一方面，传统结构的微测辐射热计很难实现更高分辨率要求。因为在保持元件尺寸大小的情况下,则需要增加像素数目。像素数目的增加,必将导致单个像素面积的减小。单个像素面积的减小,将导致热敏性能的下降。同时,单个像素面积有一定的物理极限。因此,必须通过改善结构等其他方式,来提高微测辐射热计的热敏性能。虽然随着尺寸缩小,桥腿的厚度、宽度、长度也在调整,热导也随之发生变化,但这相对于结构的改进是独立的。目前,美国Raytheon公司、DRS公司、日本NEC公司等已经报道了双牺牲层结构的微测辐射热计的相关报道。2001年12月23授权的Boeing公司Eugene T.Fitzgibbons申报的美国专利USP6307194.这种微桥结构的特点是器件的敏感层处在下桥面，而光吸收层独立处在桥面上，上下两个桥面之间通过一根导热连接柱连接起来，呈伞型双层结构。这种结构的优点是将光吸收层和热敏薄膜独立分开，伞状吸收平面提升了器件的填充率。这种结构还能相应的调整热容和热导，有利于最大限度的吸收光辐射，提高响应率，降低了噪声损耗。但是伞状结构上下两层只是通过一根导热连接柱连接，这使得下层桥面受热匀，导致热敏薄膜转化电信号不均匀，输出信号不稳定，而极大的影响了器件性能。在I型桥腿结构的基础上，BAE SYSTEMS研制出L型桥腿非制冷红外探测器，增加了桥腿的长度，减小了桥面面积，用这种设计的探测器性能有所提升，但是随着桥面面积的减小，光学填充因子也随之下降，降低了器件的灵敏度。2003年12月23日授权的Raytheon公司Michael Bay申报的美国专利USP6667479，提出一种新型S型双层微桥结构。这种双层微桥结构包括上下两个独立的桥面，其中敏感层及光吸收层都集中在上桥面，如传统的单层桥面结构；下桥面仅由电极及介质材料构成，且下桥面呈弯曲S型结构，隐藏在桥面下方。这种结构S型桥腿较长，所以绝缘性较好，但是S型桥腿的力学稳定相对较差，容易导致桥腿曲变，薄膜脱落，甚至坍塌。传统的单层微桥结构桥腿绝热效果及光学吸收等方面还存在不足，需要改进；S型，伞型双层结构在热学，力学稳定方面仍然有不足之处，需要改进。传统的单层L型微桥结构因桥腿长度不够，导致整个器件的绝热效果不佳，想要增加器件的绝热效果，就必须让桥腿增长，像元的尺寸就无法减小，否则器件的热学和电学性能就会受到很大的影响，并且由于单层微桥结构只有一个谐振腔，光学吸收方面还存在不足；美国设计的新型S型双层微桥结构虽然具有两个谐振腔，器件的光学吸收效果较好，但是S型桥腿的力学稳定性没有单层L型结构好。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种三层微桥结构、包含该微桥结构的三层非制冷微测辐射热计及其制备方法。本专利技术目的之一是提供一种三层微桥结构，技术方案如下：一种三层微桥结构，包括桥面、第二层微桥、第一层微桥、镶嵌在硅衬底之间的左、右铝电极，桥面和第二层微桥之间、第二层微桥和第一层微桥之间、第一层微桥和左右铝电极之间分别设有隔离层，隔离层有隔离和支撑两个作用，该微桥结构最上层的桥面铺有光吸收材料以及热敏电阻薄膜和钝化层，桥面与第二层层微桥之间形成上层光学谐振腔，两层微桥之间构成了中层光学谐振腔，第一层微桥和底层硅衬底之间构成了下层光学谐振腔，所述两层微桥、最上层桥面以及衬底之间依次电连接。作为优选方式，所述第一层微桥及第二层微桥均包括左微桥、右微桥，所述左、右微桥均包括两桥墩、以及两桥墩之间的S型弯折的桥腿；每一层微桥中右微桥由左微桥在其平面绕其中心点旋转180度后向右平移得到。作为优选方式，第一层微桥包括：左微桥左桥墩、左微桥右桥墩、两桥墩之间的S型弯折的桥腿，还包括右微桥左桥墩、右微桥右桥墩、以及两桥墩之间的S型弯折的桥腿；第二层微桥包括：左微桥左桥墩、左微桥右桥墩、两桥墩之间的S型弯折的桥腿，还包括右微桥左桥墩、右微桥右桥墩、两桥墩之间的S型弯折的桥腿，所述第一层微桥的左微桥左桥墩固定在左Al电极上，第一层微桥的右微桥右桥墩固定在右Al电极上，第二层微桥的左微桥右桥墩连接第一层微桥的左微桥右桥墩，第二层微桥的右微桥右桥墩连接热敏电阻薄膜，第二层微桥的右微桥左桥墩连第一层微桥的右微桥左桥墩。作为优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三层微桥结构，其特征在于：包括桥面、第二层微桥、第一层微桥、镶嵌在硅衬底之间的左、右铝电极，桥面和第二层微桥之间、第二层微桥和第一层微桥之间、第一层微桥和左右铝电极之间分别设有隔离层，该微桥结构最上层的桥面铺有光吸收材料以及热敏电阻薄膜和钝化层，桥面与第二层层微桥之间形成上层光学谐振腔，两层微桥之间构成了中层光学谐振腔，第一层微桥和底层硅衬底之间构成了下层光学谐振腔，所述两层微桥、最上层桥面以及衬底之间依次电连接。

【技术特征摘要】
1.一种三层微桥结构，其特征在于：包括桥面、第二层微桥、第一层微桥、镶嵌在硅衬底之间的左、右铝电极，桥面和第二层微桥之间、第二层微桥和第一层微桥之间、第一层微桥和左右铝电极之间分别设有隔离层，该微桥结构最上层的桥面铺有光吸收材料以及热敏电阻薄膜和钝化层，桥面与第二层层微桥之间形成上层光学谐振腔，两层微桥之间构成了中层光学谐振腔，第一层微桥和底层硅衬底之间构成了下层光学谐振腔，所述两层微桥、最上层桥面以及衬底之间依次电连接。2.根据权利要求1所述的三层微桥结构，其特征在于：所述第一层微桥及第二层微桥均包括左微桥、右微桥，所述左、右微桥均包括两桥墩、以及两桥墩之间的S型弯折的桥腿；每一层微桥中右微桥由左微桥在其平面绕其中心点旋转180度后向右平移得到。3.根据权利要求2所述的三层微桥结构，其特征在于：第一层微桥包括：左微桥左桥墩、左微桥右桥墩、两桥墩之间的S型弯折的桥腿，还包括右微桥左桥墩、右微桥右桥墩、以及两桥墩之间的S型弯折的桥腿；第二层微桥包括：左微桥左桥墩、左微桥右桥墩、两桥墩之间的S型弯折的桥腿，还包括右微桥左桥墩、右微桥右桥墩、两桥墩之间的S型弯折的桥腿，所述第一层微桥的左微桥左桥墩固定在左Al电极上，第一层微桥的右微桥右桥墩固定在右Al电极上，第二层微桥的左微桥右桥墩连接第一层微桥的左微桥右桥墩，第二层微桥的右微桥右桥墩连接热敏电阻薄膜，第二层微桥的右微桥左桥墩连第一层微桥的右微桥左桥墩。4.根据权利要求2所述的三层微桥结构，其特征在于：所述S型弯折的桥腿包括3个弯折部。5.根据权利要求1所述的三层微桥结构，其特征在于：所述光学谐振腔由三次牺牲层工艺完成。6.根据权利要求2所述的三层微桥结构，其特征在于：桥腿宽度为0.2-1.5μm。7.根据权利要求2所述的三层微桥结构，其特征在于：桥腿厚度为20-1000nm。8.根据权利要求1所述的三层微...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈超，王涛，马振东，马家锋，伍浏权，齐元，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51