辐射热测量计及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种辐射热测量计及其制作方法，尤其涉及一种通过改变热敏电阻的结构而获得的一种辐射热测量计。该辐射热测量计结构中包括：基底、位于基底上方的支撑层、制作在支撑层上的下电极、下电极上制备有热敏电阻、热敏电阻上覆有上电极、上电极上制备有吸收层，其中基底和支撑层平行且有间隙地设置，上电极、下电极与热敏电阻组成串联电连接。这种结构设置使热敏电阻的阻值在大范围可调，优化了器件的性能，满足了不同应用的需求，这样将很大程度的提高了设计的灵活性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种红外探测器，尤其涉及一种通过改变热敏电阻的结构而获得的一种辐射热测量计。
技术介绍
辐射热测量计是一种热敏电阻型探测器，是当前研制最为成功的红外探测器之 一。辐射热测量计基于热敏电阻处于辐射通量的条件下其电阻发生变化的性质来检测能 量，其中热敏电阻一般由金属或半导体材料制成。当探测器吸收红外辐射功率AW时，引起 温度改变AT，热敏电阻的电阻变化AR，利用读出电路(R0IC)将该电阻的变化转换为电压 或电流的变化，即可得到与之对应的红外辐射功率。 自1992年美国技术解密后，对辐射热测量计的研究经历了迅速发展的阶段。人 们已经研究了基于各种材料制作的辐射热测量计，包括氧化钒(V0x)、多晶硅、非晶硅、多晶 锗硅、金属材料以及高温超导材料YBaCuO等。在这些材料中，氧化钒(V0x)和掺杂非晶硅 这两种半导体材料由于有着较高的温度电阻系数(TCR)、适中的电阻率、较低的制备工艺温 度、能够与IC工艺兼容等优点，得到了迅速的发展。目前，主流的辐射热测量计结构仍为采 用表面牺牲层工艺制备的悬空微桥结构，主要包括基底层、固定连接于基底层上的支撑层、 在支撑层上制成的吸收层和信号传输结构等，其主要改进在于材料特性的优化、热敏电阻 单元尺寸的减少及阵列规模的增加。 对热敏电阻材料的要求一般有以下几点(l)高TCR值；(2)低热容、低热导；(3) 低1/f噪声参数；(4)高红外吸收率；(5)适中的电阻值。其中，较低的电阻会使有效电阻温 度系数减小，较高的电阻会带来较高的电压响应，但是同时也会造成Johnson噪声、热噪声 和1/f噪声的增加。上述这些参数相互关联，任意参数的改变都必须考虑其他参数的变化， 所以在热敏电阻单元尺寸不断减少的情况下，要保证电阻值基本不变，可以通过以下两种 途径达到(1)改变热敏电阻材料的掺杂浓度；(2)优化热敏电阻电阻结构。目前通过掺杂 得到的掺杂非晶硅的电阻率范围为102Q cm 109Q cm，但是掺杂浓度改变的同时会影 响材料的其他参数，而且原位掺杂的能力有限，仅仅通过原位掺杂工艺改变热敏电阻阻值， 工艺上存在很大的难度。如果能够通过优化热敏电阻电阻结构并结合掺杂浓度的改变而使 电阻值满足设计的要求对于辐射热测量计的制备将是十分有利的。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是通过优化热敏电阻的电阻结构，结合热敏电阻材料掺 杂浓度的改变，解决以往辐射热测量计只依赖通过改变热敏电阻材料掺杂浓度的方法以使 其符合性能要求的问题，从而达到设计结构灵活多变的目的。 为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是一种辐射热测量计，结构中包 括基底、位于基底上方的支撑层、制作在支撑层上的下电极、下电极上制备有热敏电阻、热 敏电阻上覆有上电极、上电极上制备有吸收层，其中基底和支撑层平行且有间隙地设置，上电极、下电极分别由独立单元形成上电极单元组和下电极单元组，借助于设置在上、下电极之间的热敏电阻形成串联电流通路。上电极和下电极有间隔地且相对交错地排列于热敏电阻的上表面和下表面，上电极的两端设有引出线与基底相连。上述辐射热测量计的制备方法具体步骤为 1)在基底上电子束蒸发制备反射层； 2)制备牺牲层； 3)淀积低应力氮化硅或氧化硅薄膜制备支撑层； 4)光刻、刻蚀牺牲层形成下电极图形锚点，溅射形成分别独立的下电极； 5)淀积非晶硅薄膜并掺杂，光刻、刻蚀完成热敏电阻的制备； 6)光刻、刻蚀牺牲层形成上电极图形锚点，溅射形成分别独立的上电极； 7)淀积、光刻、刻蚀制备吸收层； 8)刻蚀牺牲层，释放辐射热测量计微结构。 采用上述技术方案所产生的有益效果在于在单元尺寸相同的情况下，相对于传 统的平面电阻方式，通过采用热敏电阻串联结构设计使热敏电阻结构的设计更灵活，使热 敏电阻阻值的调整不再局限于薄膜厚度以及电阻率的改变，从而使热敏电阻的阻值在大范 围可调，优化了器件的性能，满足了不同应用的需求，这样将很大程度的提高了设计的灵活 性。 在工艺上，有两个因素对非晶硅电阻率影响较大，掺杂比例以及工艺温度，由于辐 射热测量计需要考虑与IC集成工艺及其他工艺的兼容性，因此工艺温度一般控制在300°C 左右，可调范围不大，因此从工艺上改变电阻率主要与掺杂气体比例有关，制备时掺入的杂 质原子进入非晶硅的无序网络中，只有部分的杂质原子能够处于施主或受主态，实现有效 的掺杂，大部分的杂质原子无法提供载流子，随着掺杂量的不断增加，不能无限制的降低电 阻率，因为过多的掺杂还会造成杂质原子的过饱和，形成大量的缺陷态，破坏非晶硅的结 构，反而使电阻率增加，因此非晶硅电阻率掺杂存在一个范围内，超出这个范围工艺上都很 难实现。本专利技术所提供的辐射热测量计通过改变热敏电阻结构设计从而使得在高电阻率的 情况下实现制备过程，从而降低了制作工艺的难度。附图说明 图1是本专利技术一实施例辐射热测量计的示意结构的剖面图； 图2是本专利技术中热敏电阻串联电路原理示意图； 图3是图1所示结构的热敏电阻中电流的流向示意图； 图中1基底，2反射层，3支撑层，4下电极，5热敏电阻，6上电极，7吸收层，A代表电流流向。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。 参见图l，本专利技术提供的辐射热测量计，器件为传统的桥式结构，结构中包括基 底1、位于基底1上方的支撑层3、制作在支撑层3上的下电极4、下电极4上制备有热敏电 阻5、热敏电阻5上覆有上电极6、上电极6上制备有吸收层7，其中基底1和支撑层3平行且有间隙地设置，上电极6、下电极4分别由独立单元形成上电极单元组和下电极单元组， 借助于设置在上、下电极之间的热敏电阻5形成串联电流通路。上电极6和下电极4有间 隔地且相对交错地排列于热敏电阻5的上表面和下表面，上电极6的两端设有引出线与基 底1相连，构成热敏电阻5的材料为掺杂的非晶硅。 上述辐射热测量计，在所述基底1上制备有由Al制成的反射层2。 上述辐射热测量计，所述上电极6和下电极4由NiCr金属材料制成。 上述辐射热测量计，所述吸收层7由低导热性的绝缘材料制成，优选为氮化硅或氧化硅或氮氧化硅。 本专利技术提供的辐射热测量计的工作原理在红外辐射作用下，氮化硅吸收层吸收 红外线能量，传递给热敏电阻，热敏电阻5由于热阻效应阻值将发生变化，利用读出电路 (R0IC)将该电阻的变化转换为电压或电流的变化，即可得到与之对应的红外辐射功率。 为提供器件对红外辐射能量的吸收，提高器件的精确度及灵敏度，在基底1上沉 积由Al制成的反射层2，将漏过吸收层7的红外线再次反射到吸收层7，从而提高了器件的 红外吸收率。 作为热敏电阻5材料，掺杂非晶硅由于有电阻温度系数以及噪声的影响，通常将 其阻值控制在10KQ 100KQ的范围内，根据热敏电阻5的计算公式 及=/3~^~ 式中，p为电阻率，L为热敏电阻5长度，w为热敏电阻5宽度，h为热敏电阻5厚 度。由于热敏电阻5体积参数与热容和热传导有关，通过改变体积参数调整热敏电阻将会 使热容改变，影响器件的性能。对于17y mX17iim的热敏单元，热敏电阻设计值为50KQ ， 对于平面电阻来说，将热敏电阻5的长宽比L/w设计为50，热敏电阻5的厚度定为1500A， 要满足电阻值的要求，热敏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种辐射热测量计，结构中包括：基底（１）、位于基底（１）上方的支撑层（３）、制作在支撑层（３）上的下电极（４）、下电极（４）上制备有热敏电阻（５）、热敏电阻（５）上覆有上电极（６）、上电极（６）上制备有吸收层（７），其中基底（１）和支撑层（３）平行且有间隙地设置，其特征在于：上电极（６）、下电极（４）分别由独立单元形成上电极单元组和下电极单元组，借助于设置在上、下电极之间的热敏电阻（５）形成串联电流通路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胥超，徐永青，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十三研究所，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]