包括用于热短路的可变形部的悬浮膜热探测器制造技术

本发明专利技术涉及一种热探测器，其包括衬底(10)、吸收膜(20)，该吸收膜包括固定部(21)和可变形部(30)，所述可变形部包括形状记忆合金，并且相对于衬底布置成，使得其自由端(32)在高于奥氏体化开始温度A

Floating film thermal detector including deformable part for thermal short circuit

【技术实现步骤摘要】
包括用于热短路的可变形部的悬浮膜热探测器
本专利技术的领域是电磁辐射(例如红外或太赫兹)的热探测器的领域，包括与衬底热绝缘的悬浮吸收膜。本专利技术特别应用于红外或太赫兹成像、热成像或者对人或运动的探测的领域。
技术介绍
用于探测电磁辐射的设备可以包括敏感像素的矩阵，每个敏感像素均包括热探测器，该热探测器包括与读取衬底热绝缘的吸收膜。吸收膜包括与测温转化器相关联的待探测的电磁辐射的吸收体，所述吸收体的电学特性根据转化器的加热而强度发生变化。测温转化器可以是热敏电阻材料，例如氧化钒或非晶硅等。然而，由于测温转化器的温度主要取决于其环境，因此吸收膜与衬底和读取电路热绝缘，所述读取电路优选地布置在衬底中。因此，吸收膜通常通过锚柱悬浮在衬底上方，并通过绝热臂与所述衬底热绝缘。这些锚柱和绝热臂还具有电气功能，提供了吸收膜与读取电路的电气连接。然而，热探测器易经受高功率电磁辐射，例如太阳辐射或激光辐射。由于吸收膜与衬底是热绝缘的，随后其可经历强加热，因此可能会导致测温转化器的特性退化。就此而言，图1A是申请WO2003/002963中所描述的热探测器的示意性截面图。吸收膜20通过锚柱3和绝热臂(未示出)悬浮在衬底10上方。在加热的作用下所述吸收膜适于变形，直到其与衬底10相接触。所述接触引起吸收膜20的冷却，因此可以防止吸收膜20的温度达到测温转化器的特性开始发生退化的值。为此，吸收膜20包括两个重叠的部20.1和20.2，这两个重叠的部被制成使得部20.1具有与部20.2的热膨胀系数不同的热膨胀系数。此外，吸收膜20包括突起20.3，该突起布置成相对于吸收膜20的XY平面突出并且朝向衬底10定向。此外，衬底10包括沿Z轴延伸的接触垫18。因此，当吸收膜20被过度加热时，两个重叠的部20.1和20.2以不同方式膨胀(双金属效应)，这引起吸收膜20的变形并且因此引起突起20.3与接触垫18之间间隔的减小，直到所述两个元件之间存在机械接触。吸收膜20随后被冷却，因此导致了突起20.3相对于接触垫18间隔开。然而，由于与衬底接触的冷却阶段和失去接触后的加热阶段的交替，似乎可发生垂直振荡的连续运动。图1B是申请KR101181248中所描述的热探测器的示意性透视图。吸收膜20包括固定探测部21(在所述探测部的高度处布置有热敏电阻材料)以及双金属类型的可变形部30。所述可变形部具有固定到探测部21的第一端31和相对的自由的第二端32，即所述第二端32在可变形部30的变形作用下能够沿Z轴位移运动。与上述操作相类似的操作：当被过度加热时，可变形部30通过双金属效应而变形，使得自由端32与衬底10相接触，这导致了吸收膜20的冷却。然而，也可存在垂直振荡的连续运动，其削弱了自由端32与衬底10之间的热接触的质量，且从而削弱了吸收膜20的冷却。所述振荡运动还可导致热探测器1的性能退化。
技术实现思路
本专利技术旨在至少部分地克服现有技术的缺点，并且更具体地，提出一种相对于高功率电磁辐射具有改进的保护的热探测器。为此目的，本专利技术涉及一种适于探测电磁辐射的热探测器，包括：○衬底；○吸收电磁辐射的膜，相对于所述衬底热绝缘，并且包括：■包括测温转化器的固定探测部，■可变形的热短路部，-包括组装到固定探测部的固定端以及相对的自由端，-适于在吸收膜的温度变化的作用下变形，使得可变形部的自由端在吸收膜的接触温度Tc处与衬底相接触。根据本专利技术，可变形部：■包括形状记忆合金，其具有所述合金在奥氏体化开始温度As与奥氏体化结束温度结束Af之间、由马氏体相到奥氏体相的逆马氏体转变，以及在马氏体化开始温度Ms与马氏体化结束温度Mf之间、由奥氏体相到马氏体相的正马氏体转变，奥氏体化结束温度Af高于马氏体化开始温度Ms，并且■相对于衬底布置为使得自由端在高于奥氏体化开始温度As的接触温度Tc处与衬底相接触。所述热探测器的某些优选但非限制性的方面如下。可变形部可以具有自由端的第一位置pr与自由端的第二位置pd,max之间的最大行程Δpmax，第一位置pr针对小于或等于马氏体化结束温度Mf的、吸收膜的温度Tm，第二位置pd,max对应于大于或等于奥氏体化结束温度Af的温度Tm。则可变形部可以相对于衬底定位成，使得将占据第一位置pr的自由端与衬底的接触表面分开的最大距离dmax小于或等于最大行程Δpmax，自由端在接触温度Tc接触在接触表面上。形状记忆合金可以是基于NiTi的金属合金。形状记忆合金可以是选自以下的金属合金：Ti50.5Ni24.5Pd25、以原子百分比x>50％的Ti85.3-xNixHf14.7以及以原子百分比x>10％的Ti7Ni11Zr43Cu39-xCox。衬底可以具有接触表面，在接触温度Tc处，自由端接触在接触表面上，并且其中形状记忆合金在固定端与自由端之间呈纵向条带的形式，形状记忆合金朝向衬底的接触表面定向的一面具有突出特征。衬底可以具有平坦的上面，并且可以包括接触垫，接触垫从上面延伸并且具有接触表面，在接触温度Tc处，自由端接触在接触表面上。衬底可以具有平坦的上面，并且吸收膜可以通过绝热臂以及通过锚柱被保持在衬底的上面上方，锚柱大致正交于衬底的上面的平面延伸。接触垫可以由与锚柱的导热材料相同的至少一种导热材料制成。本专利技术还涉及一种用于制造根据前述特征中任一项所述的热探测器的方法，包括以下步骤：-提供具有所谓的接触表面的衬底；-沉积至少一个牺牲层；-制造穿过牺牲层的锚柱；-在牺牲层上制造绝热臂和吸收膜，所述吸收膜包括与接触表面相对定位的可变形部；-去除牺牲层。附图说明通过阅读本专利技术的优选实施例(作为非限制性示例给出)的以下详细描述并参考附图，本专利技术的其他方面、目的、优点和特征将变得更加清楚。上文已描述的图1A和图1B是根据现有技术的两个示例的热探测器的示意图：截面图(图1A)和立体图(图1B)；图2是示出了形状记忆合金中的马氏体相的体积分数χm的温度变化以及吸收膜的可变形部的变形的图；图3A至图3C是根据一个实施例的探测设备的示意图：透视图(图3A)和截面图(图3B和图3C)；图4A至图4C是在图1B中所示的现有技术的热探测器的情况下示出以下示例的图：-吸收膜的温度Tm的时间变化(图4A)，-可变形部相对于衬底的间隔d的时间变化(图4B)，以及-可变形部的间隔d的温度变化(图4C)；图5A至图5D是在根据图3A至图3C所示的实施例的热探测器的情况下示出以下示例的图：-吸收膜的温度Tm的时间变化(图5A)，-可变形部相对于衬底的间隔d的时间变化(图5B)，以及-可变形部的间隔d的温度变化(图5C和图5D)；图6A至图6J示出了用于制造根据3A至图3C中所示的实施例的探测设备的方法的不同步骤；图7A至图7D是根本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适于探测电磁辐射的热探测器(1)，包括：/n○衬底(10)；/n○吸收电磁辐射的膜(20)，相对于所述衬底(10)热绝缘，并且包括：/n■包括测温转化器(26)的固定探测部(21)，/n■可变形的热短路部(30)，/n-包括组装到所述固定探测部(21)的固定端(31)以及相对的自由端(32)，/n-适于在所述吸收膜(20)的温度变化的作用下变形，使得可变形部(30)的自由端(32)在吸收膜(20)的接触温度T

【技术特征摘要】
20181130 FR 18721401.一种适于探测电磁辐射的热探测器(1)，包括：
○衬底(10)；
○吸收电磁辐射的膜(20)，相对于所述衬底(10)热绝缘，并且包括：
■包括测温转化器(26)的固定探测部(21)，
■可变形的热短路部(30)，
-包括组装到所述固定探测部(21)的固定端(31)以及相对的自由端(32)，
-适于在所述吸收膜(20)的温度变化的作用下变形，使得可变形部(30)的自由端(32)在吸收膜(20)的接触温度Tc处与衬底(10)相接触，
○其特征在于，所述可变形部(30)：
■包括形状记忆合金，其具有所述合金在奥氏体化开始温度As与奥氏体化结束温度Af之间、由马氏体相到奥氏体相的逆马氏体转变，以及在马氏体化开始温度Ms与马氏体化结束温度Mf之间、由奥氏体相到马氏体相的正马氏体转变，所述奥氏体化结束温度Af高于所述马氏体化开始温度Ms，并且
■相对于衬底(10)布置为使得所述自由端(32)在高于所述奥氏体化开始温度As的接触温度Tc处与所述衬底(10)相接触。


2.根据权利要求1所述的热探测器(1)，其中，所述可变形部(30)：
○具有所述自由端(32)的第一位置pr与所述自由端(32)的第二位置pd,max之间的最大行程Δpmax，所述第一位置pr针对小于或等于马氏体化结束温度Mf的、吸收膜(20)的温度Tm，所述第二位置pd,max对应于大于或等于奥氏体化结束温度Af的温度Tm，并且
○相对于衬底(10)定位成，使得将占据所述第一位置pr的自由端(32)与所述衬底(10)的接触表面(18a)分开的最大距离dmax小于或等于所述最大行程Δpmax，自由端(32)在接触温度Tc接触在所述接触表面上。


3.根据权利要求1所述的热探测器(1)，其中，所述形状记忆合金是基于NiTi的金属合金。

【专利技术属性】
技术研发人员：阿卜杜卡迪尔·阿利亚内，让路易斯·乌夫里耶比费，
申请(专利权)人：原子能和替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：法国;FR