一种高吸收低热容的微测辐射热计制造技术

本发明专利技术公开了一种高吸收低热容的微测辐射热计，属于辐射热计领域，包括多个像元结构，所述像元结构包括依次连接的第一敏感单元、第一真空谐振腔、第二敏感单元和反射层，其中，反射层和第二敏感单元之间设有第二真空谐振腔，所述第二真空谐振腔用于将反射层反射回的入射光进行多次谐振吸收；所述第一敏感单元上设有第一开孔结构，所述第二敏感单元上均设有第二开孔结构，所述第一开孔结构用于与第一真空谐振腔产生共振耦合，所述第二开孔结构用于与第二真空谐振腔产生共振耦合。通过引入开孔设计，可以有效提升微测辐射热计吸收特性，减小热容，从而提升器件响应速度，从而制备出高质量、高吸收、具有较低电容的微测辐射热计。具有较低电容的微测辐射热计。具有较低电容的微测辐射热计。

【技术实现步骤摘要】
一种高吸收低热容的微测辐射热计


[0001]本专利技术涉及辐射热计领域，尤其涉及一种高吸收低热容的微测辐射热计。

技术介绍

[0002]近年来，红外探测技术在朝着宽光谱、低功耗、高灵敏、高分辨率发展的同时，也在向小型化智能化迈进，已经在越来越多的行业得到应用和推广，成为当今研究的热点。在众多红外探测器中，非制冷红外焦平面探测器因能够工作在室温状态下，无需制冷装置的优点在更多领域得到应用发展，又因启动快、功耗小、质量轻、成本低、寿命长等优点使其迅速成为新兴热成像市场的核心要素。
[0003]从设计到制造，非制冷红外焦平面探测器的技术模块可大致分为三类，即微测辐射热计、读出电路以及真空封装。微测辐射热计的工作大气窗口是3μm
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14μm波段内，主要是通过红外光学系统将来自目标的热辐射聚焦到探测器焦平面阵列上，微桥结构与红外吸收层吸收红外辐射能量后温度变化引起桥面热敏材料的电阻值发生变化，而桥腿与读出电路导通，故将温度的变化转化成电路上可探测读取的电学信号。目前微测辐射热计主要利用了光学导纳矩阵理论分析其光学性能，通过改变各层膜厚和衬底与桥面形成的光学谐振腔获得较高的红外吸收率，因此作为红外能量吸收部分，微桥结构的设计及制造便直接影响着非制冷探测器的性能指标。
[0004]目前随着探测器技术的不断进步，被广泛应用的微桥结构主要有单层、双层、伞状微桥结构。传统单层微桥结构的微测辐射热计将光敏层和红外吸收层沉积于一个桥面上，工艺简单，便于生产制备，但随着探测器技术的发展像元尺寸的缩小，单层微桥的悬臂梁宽度只有越来越小才能达到较高的性能，悬臂梁宽度的缩小并不满足微桥结构的力学稳定性和加工条件要求。双层或者多层结构的微测辐射热计却不受微桥桥臂宽度的限制，但由于增加了一层或多层结构，导致探测单元的热容也随之增加，这将影响器件响应速度，其次，目前的双层或者多层结构的微测辐射热计的吸收率还有待进一步提高。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中双层微测辐射热计存在的问题，提供了一种高吸收低热容的微测辐射热计。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0007]在一个方案中，提供一种高吸收低热容的微测辐射热计，包括多个像元结构，所述像元结构包括依次连接的：
[0008]第一敏感单元，用于对入射光进行吸收；
[0009]第一真空谐振腔，用于对透过第一敏感单元的入射光进行多次谐振吸收；
[0010]第二敏感单元，用于对透过第一真空谐振腔的入射光进行吸收；
[0011]反射层，用于将透过第二敏感单元的入射光反射回第二敏感单元进行吸收；
[0012]其中，所述反射层和第二敏感单元之间设有第二真空谐振腔，所述第二真空谐振
腔用于将反射层反射回的入射光进行多次谐振吸收；所述第一敏感单元上设有贯穿第一敏感单元的第一开孔结构，所述第二敏感单元上均设有贯穿第二敏感单元的第二开孔结构，所述第一开孔结构用于与第一真空谐振腔产生共振耦合，所述第二开孔结构用于与第二真空谐振腔产生共振耦合。
[0013]作为一优选项，一种高吸收低热容的微测辐射热计，所述第一敏感单元的中心设有参比孔。
[0014]作为一优选项，一种高吸收低热容的微测辐射热计，所述第一敏感单元包括依次连接的第一钝化层、第一吸收层以及第一保护层，所述第二敏感单元包括依次连接的第二钝化层、第二吸收层、第二保护层、第三钝化层、第三吸收层以及第三保护层；所述反射层下设置有衬底层。
[0015]作为一优选项，一种高吸收低热容的微测辐射热计，所述第一开孔结构的开孔数目为25，开孔排布方式为5行5列阵列，其中，四角处的开孔孔径大小为0.5μm
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1μm，其余部分开孔孔径大小为0.8μm
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1.6μm，中心孔孔径大小为1.5μm
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2μm，孔间距为0.85μm
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1μm。
[0016]作为一优选项，一种高吸收低热容的微测辐射热计，所述第二开孔结构的开孔数目为9，开孔排布方式为3行3列阵列，其中，开孔孔径大小为0.5μm
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2μm，孔间距为0.5μm
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1μm。
[0017]作为一优选项，一种高吸收低热容的微测辐射热计，所述第一吸收层为金属钛吸收层，所述第二吸收层为金属钛吸收层，所述第三吸收层为氧化钒吸收层。
[0018]作为一优选项，一种高吸收低热容的微测辐射热计，所述反射层为金属铝反射层，所述衬底层为硅衬底，所述第一钝化层、第二钝化层、第三钝化层均为氮化硅钝化层；所述第一保护层、第二保护层、第三保护层均为氮化硅保护层。
[0019]作为一优选项，一种高吸收低热容的微测辐射热计，所述第一吸收层的厚度为5nm
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100nm，所述第二吸收层的厚度为10nm
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70nm，所述第三吸收层的厚度为50nm
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120nm。
[0020]作为一优选项，一种高吸收低热容的微测辐射热计，所述第一真空谐振腔、第二真空谐振腔的厚度均为1500nm
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2500nm。
[0021]作为一优选项，一种高吸收低热容的微测辐射热计，所述反射层的厚度为250nm
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380nm。
[0022]需要进一步说明的是，上述各选项对应的技术特征在不冲突的情况下可以相互组合或替换构成新的技术方案。
[0023]与现有技术相比，本专利技术有益效果是：
[0024](1)本专利技术的微测辐射热计通过双层的第一敏感单元和第二敏感单元对入射光尽进行吸收，其中，在第一敏感单元上设有贯穿第一敏感单元的第一开孔结构，用于与第一真空谐振腔共振模式、第一敏感单元中产生的表面等离子体共振模式以及局域表面等离子体共振模式产生共振耦合，实现对入射光的第一级吸收，第二敏感单元上均设有贯穿第二敏感单元的第二开孔结构，用于与第二真空谐振腔共振模式、第二敏感单元中产生的表面等离子体共振模式以及局域表面等离子体共振模式产生共振耦合，实现对入射光的第二级吸收，并通过反射层将没有吸收的入射光反射回去再次进行吸收，可以拓宽吸收带宽同时实现更高吸收，降低热容，进而提升微测辐射热计的响应速度。
[0025](2)本专利技术通过对第一开孔结构、第二开孔结构的开孔数以及孔径进行设计，在有
限单元内开孔最多、占空比最大，可以有效提升探测单元吸收特性，减小探测单元热容，从而提升器件响应速度。
[0026](3)由本专利技术方法设计得到的微测辐射热计在8μm
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14μm波段红外吸收大于等于91％，在TM电磁波入射下在8μm
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14um波段具有高达平均93.38％的吸收率，应用于红外探测器可以大幅提高在长波红外探测的探测能力，在TE电磁波入射下吸收率平均吸收率94.20％，对TM、TE两种偏振电磁波都具有较高吸收性能。
[0027](4)由本专利技术方法设计得到的微测辐射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高吸收低热容的微测辐射热计，包括多个像元结构，其特征在于，所述像元结构包括依次连接的：第一敏感单元(1)，用于对入射光进行吸收；第一真空谐振腔(2)，用于对透过第一敏感单元(1)的入射光进行多次谐振吸收；第二敏感单元(3)，用于对透过第一真空谐振腔(2)的入射光进行吸收；反射层(5)，用于将透过第二敏感单元(3)的入射光反射回第二敏感单元(3)进行吸收；其中，所述反射层(5)和第二敏感单元(3)之间设有第二真空谐振腔(4)，所述第二真空谐振腔(4)用于将反射层(5)反射回的入射光进行多次谐振吸收；所述第一敏感单元(1)上设有贯穿第一敏感单元(1)的第一开孔结构(11)，所述第二敏感单元(3)上均设有贯穿第二敏感单元(3)的第二开孔结构(31)，所述第一开孔结构(11)用于与第一真空谐振腔(2)产生共振耦合，所述第二开孔结构(31)用于与第二真空谐振腔(4)产生共振耦合。2.根据权利要求1所述的一种高吸收低热容的微测辐射热计，其特征在于，所述第一敏感单元(1)的中心设有参比孔(6)。3.根据权利要求1所述的一种高吸收低热容的微测辐射热计，其特征在于，所述第一敏感单元(1)包括依次连接的第一钝化层(12)、第一吸收层(13)以及第一保护层(14)，所述第二敏感单元(3)包括依次连接的第二钝化层(32)、第二吸收层(33)、第二保护层(34)、第三钝化层(35)、第三吸收层(36)以及第三保护层(37)；所述反射层(5)下设置有衬底层(7)。4.根据权利要求1所述的一种高吸收低热容的微测辐射热计，其特征在于，所述第一开孔结构(11)的开孔数目为25，开孔排布方式为5行5列阵列，其中，四角处的开孔孔径大小为0.5μm
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1μm，其余部分开孔孔径大小为0.8μm
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈超，蒋君贤，王涛，王军，蒋亚东，吴志明，苟君，董翔，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：