具有热天线的感测器件和用于感测电磁辐射的方法技术

提供了一种方法和一种感测器件。所述感测器件可以包括：热天线，其包括电阻材料并且具有其大小为微米或亚微米量级的横截面。所述热天线可以接收电磁辐射并且把它直接转换为热。所述感测器件也可以包括支撑元件；被布置为产生响应于热传感器的受感测区域的温度检测信号的热传感器；保持元件，其可以支撑并热隔离所述热天线和所述热传感器；以及读出电路，其可以处理所述检测信号以提供关于由所述热天线直接转换为热的所述电磁辐射的信息。所述热天线和所述热传感器与所述支撑元件在空间上分隔。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有热天线的感测器件和用于感测电磁辐射的方法相关申请的交叉引用本申请要求2010年5月30日提交的美国临时专利序列号61/349,861的优先权，它在此引用作为参考。
技术介绍
对感测电磁辐射提供有效的感测器件有着日益增长的需要。以下参考文献提供了现有技术的展示：[1]E.S.Schwarz,B.T.Ulrich,“Antenna-coupledinfrareddetectors”,JournalofAppliedPhysics,v48(5),pp.1870-3,1977.[2]TienLaiHwang,S.E.Schwarz,andD.B.Rutledge,“Microbolometersforinfrareddetection”,Appl.Phys.Lett.34(11),pp.773-776,1979.[3]E.N.Grossman,J.E.Sauvageau,andD.G.McDonald,“Lithographicspiralantennasatshortwavelengths”,Appl.Phys.Lett.Vol.59(25),pp.3225-7,1991.[4]A.Luukanena,J.P.Pekola,“Asuperconductingantenna-coupledhot-spotmicrobolometer”,Appl.Phys.Lett.Vol.82(22),pp.3970-3972,2003.[5]Morf,T.,Weiss,J.;Kull,L.;Rothuizen,H.;Toifl,T.;Kossel,M.;Menolfi,C.;vonBueren,G.;Brunschwiler,T.;Schmats,M.“Antennacoupledfar-infrared/THzdetectorinCMOS”,ElectronicsLetters,45(25),pp1321-3,2009.[6]A.J.Miller,A.Luukanen,E.N.Grossman,“Micromachinedantenna-coupleduncooledmicrobolometersforterahertzimagingarrays”,ProcofSPIEVol.5411,pp.18-24(2004).[7]J.H.Kim,S.M.Hong,K.I.Lee,D.S.Lee,B.M.Moon,andH.I.Hwang,“Themillimeter-wavedetectorusingvanadiumoxidewithplanarstructureantenna”,200833rdInternationalConferenceonInfrared,MillimeterandTerahertzWaves(IRMMW-THz2008),p2pp.,2008.[8]F.J.Gonzales,B.Ilic,G.D.Boreman,“Antenna-coupledmicrobolometersonasilicon-nitridemembrane”,MicrowaveandOpticalTechnologyLetters,v47,n6,p546-8,20Dec.2005.[9]J.A.Cox,R.Higashi,F.Nusseibeh,K.Newstrom-Peitso,C.Zins,R.Osiander,J.LehtonenandE.Dodson,“UncooledMEMS-baseddetectorarraysforTHzimagingapplications”,ProceedingsoftheSPIE–TheInternationalSocietyforOpticalEngineering,v7311,p73110R(11pp.),2009.[10]R.A.Wood,J.A.Cox,R.E.Higashi,andF.A.Nusseibeh,HoneywellInternationalInc.,“MicromechanicalThermalSensor”,U.S.patent,March10,2009.[11]Peytavit,P.Agnese,J-L.OuvrierBuffet,A.Beguin,andF.Simoens,“RoomTemperatureTerahertzMicrobolometers”,TheJoint30thInternationalConferenceonInfraredandMillimeterWaves(IEEECat.No.05EX1150),p257-8vol.1,2005.[12]F.Sakran,Y.Neve-Oz,A.Ron,M.Golosovsky,D.Davidov,andA.Frenkel,“AbsorbingFrequency-Selective-Surfaceforthemm-WaveRange”,IEEETransactionsonAntennasandPropagation,vol.56(8),pp.2649-2655,2008.[13]B.A.Munk,“FrequencySelectiveSurfaces:TheoryandDesign”,NewYork:Wiley,2000.[14]J.D.KrausandR.J.Marhefka,“Antennasforallapplications”,3rded.,Boston,McGraw-Hill,2002,Ch.18.[15]B.Hooberman,“EverythingYouEverWantedtoKnowAboutFrequency-SelectiveSurfaceFiltersbutWereAfraidtoAsk”,2005.[16]J.D.Kraus,“Electromagnetics:withapplications”,5thed.,Boston,McGraw-Hill,1999.[17]A.Itou,O.Hashimoto,H.Yokokawa,andK.Sumi,“Afundanmentalstudyofthinλ/4waveabsorberusingFSStechnology”,Electron.Commun.Jpn.,vol.87,no.11,pp.77-86,2004.[18]A.Itou,H.Ebara,H.Nakajima,K.Wada,andO.Hashimoto,“Anexperimentalstudyofλ/4waveabsorberusingafrequencyselectivesurface”,Microw.Opt.Technol.Lett.,vol.28,no.5,pp.321-323,Mar.2001.[19]D.H.Kwon,D.M.Pozar,“OptimalCharacteristicsofanArbitraryReceiveAntenna”,IEEETransactionsonAntennasandPropagation,vol.57(12),pp.3720-3727,2009.[20]E.Socher,O.DeganiandY.Nemirovsky,“TMO本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.05.30 US 61/349,8611.一种感测器件，包括像素；其中，所述像素包括框架、热天线和热传感器；其中，所述热天线包括电阻材料，其中，所述热天线具有其大小是微米或亚微米的量级的至少一个横截面，以及其中，所述热天线被布置为接收电磁辐射并且把所述电磁辐射直接转换为热；其中，所述热传感器被布置为产生响应于所述热天线的受感测区域的温度的检测信号；以及其中，所述热天线和所述热传感器与所述框架在空间上分隔并与所述框架热绝缘。2.根据权利要求1的感测器件，其中，所述热天线被配置为使得作为所述电磁辐射直接转换为热的结果在所述热天线中产生的热在幅度上超过作为所述电磁辐射的结果在所述热天线中产生的电流流动的结果在所述热天线中产生的热。3.根据权利要求1的感测器件，其中，所述热天线被布置为把红外辐射转换为热。4.根据权利要求1的感测器件，其中，所述热天线被布置为把太赫兹辐射转换为热。5.根据权利要求1的感测器件，其中，所述热天线被布置为转换从毫米辐射和射频辐射中选出的辐射。6.根据权利要求1的感测器件，进一步包括保持元件；其中，所述框架被布置为支撑所述保持元件；其中，所述保持元件被布置为：支撑所述热天线和所述热传感器；以及使所述热天线和所述热传感器与所述框架热隔离；以及读出电路，其电气耦接到所述热传感器，所述读出电路被布置为接收所述检测信号以及处理所述检测信号以提供关于由所述热天线直接转换为热的所述电磁辐射的信息。7.根据权利要求6的感测器件，其中，所述热天线被布置为用作用于出自红外频率范围和太赫兹频率范围中至少一个频率范围的带通滤波器。8.根据权利要求7的感测器件，其中，所述热天线被布置为用作用于所述红外频率范围以及用于所述太赫兹频率范围的带通滤波器。9.根据权利要求7的感测器件，其中，所述热天线比所述热传感器大。10.根据权利要求7的感测器件，其中，所述热天线比所述热传感器大至少三倍。11.根据权利要求7的感测器件，其中，所述热天线和所述热传感器中的每一个与所述框架之间的空间分隔通过采用微机电系统(MEMS)的微加工工艺和纳机电系统(NEMS)的纳加工工艺中的至少一个获得。12.根据权利要求1的感测器件，其中，所述热天线由埋藏氧化物以及ILD(层间电介质)氧化物制成并且包括两个导体，所述两个导体提供了到所述热传感器的接触；其中，所述两个导体由活性硅和多晶硅线制成。13.根据权利要求7的感测器件，其中，所述热传感器是二极管。14.根据权利要求7的感测器件，其中，所述热传感器是晶体管。15.根据权利要求14的感测器件，其中，所述晶体管是金属氧化物半导体(MOS)晶体管，并且MOS晶体管被布置为产生所述检测信号时在亚阈值区运行。16.根据权利要求14的感测器件，其中，所述晶体管是金属氧化物半导体(MOS)晶体管，并且MOS晶体管被布置为产生所述检测信号时在亚阈值区外运行。17.根据权利要求15或16的感测器件，其中，所述MOS晶体管的漏极和栅极端子连接到一个互连；以及其中，所述MOS晶体管的体和源极端子连接到另一个互连。18.根据权利要求7的感测器件，其中，所述框架形成在氧化层上。19.根据权利要求7的感测器件，其中，所述框架形成在氧化层上，以及所述读出电路是互补金属氧化物半导体(CMOS)读出电路。20.根据权利要求7的感测器件，其中，所述框架包括氧化层。21.根据权利要求7的感测器件，其中，所述框架包括硅锗层。22.根据权利要求7的感测器件，进一步包括与所述热天线隔开的电磁反射体。23.根据权利要求7的感测器件，进一步包括与所述热天线隔开受关注电磁辐射波长的四分之一的反射体。24.根据权利要求7的感测器件，进一步包括与所述热天线隔开的反射体，其中，所述热天线面对所述反射体。25.根据权利要求7的感测器件，进一步包括与所述热天线隔开并且被放置在关于所述热天线的一定方向的反射体，其中，所述热天线指向与所述一定方向相对的方向。26.根据权利要求7的感测器件，其中，所述框架在单一接触点上连接到所述保持元件。27.根据权利要求7的感测器件，其中，所述受感测区域远离所述热天线与所述保持元件之间的接触点。28.根据权利要求7的感测器件，其中，所述受感测区域邻近所述热天线与所述保持元件之间的接触点。29.根据权利要求7的感测器件，其中，所述热天线成形为环路，以及其中，所述热天线与所述保持元件之间的接触点和所述受感测区域位于所述环路的相对侧。30.根据权利要求7的感测器件，包括多个像素；其中，每个像素都包括热天线、热传感器和保持元件。31.根据权利要求30的感测器件，其中，所述多个像素被布置为形成频率选择表面(FSS)阵列。32.根据权利要求31的感测器件，进一步包括与所述热天线隔开的反射体。33.根据权利要求31的感测器件，其中，所述多个像素通过列线和位线耦接到所述读出电路。34.根据权利要求33的感测器件，其中，所述列线和所述位线属于所述感测器件的不同金属层。35.根据权利要求33的感测器件，其中，所述列线和所述位线被布置为吸收所述像素的保持元件产生的热。36.根据权利要求33的感测器件，其中，每个像素的所述保持元件的至少一段邻近列线和位线中选定的线，使得所述线使至少所述保持元件的一段中吸收的电磁辐射几乎短路。37.根据权利要求33的感测器件，其中，所述列线和所述位线形成所述框架的一部分。38.根据权利要求33的感测器件，其中，所述列线和所述位线由所述框架支撑。39.根据权利要求7的感测器件，其中，所述热天线在多个接触点上连接到所述至少一个保持元件。40.根据权利要求7的感测器件，其中，所述受感测区域是所述热天线的被期望是所述热天线最热区域的区域。41.根据权利要求7的感测器件，其中，所述受感测区域邻近所述热天线的被期望是所述热天线最热区域的区域。42.根据权利要求7的感测器件，其中，所述受感测区域不同于所述热天线的被期望是所述热天线最热区域的区域。43.根据权利要求7的感测器件，其中，所述热天线的长度不小于受关注频率范围的中心波长。44.根据权利要求7的感测器件，其中，所述热天线的长度基本上等于受关注频率范围的中心波长。45.根据权利要求7的感测器件，其中，所述热天线具有与自由空间电磁辐射电磁匹配的阻抗。46.根据权利要求7的感测器件，其中，所述热天线包括由CMOS制造工艺制造的CMOS制造结构元件。47.根据权利要求7的感测器件，其中，所述热天线被布置为吸收比所述框架多的热能。48.根据权利要求7的感测器件，其中，所述热天线与所述热传感器集成。49.根据权利要求7的感测器件，其中，所述热天线包括多个天线段；其中，相邻的天线段基本上彼此垂直。50.根据权利要求7的感测器件，其中，所述热天线成形为闭合圆形环路。51.根据权利要求7的感测器件，其中，所述热天线成形为开路圆形环路。52.根据权利要求7的感测器件，其中，所述热天线成形为闭合非圆形环路。53.根据权利要求7的感测器件，其中，所述热天线成形为开路非圆形环路。54.根据权利要求7的感测器件，其中，所述热天线具有螺旋形状。55.根据权利要求7的感测器件，其中，所述热天线包括多个环路。56.根据权利要求7的感测器件，其中，所述热天线包括多个环路；其中，所述多个环路包括用于接收第一频率范围的辐射的第一环路和用于接收与所述第一频率范围不同的第二频率范围的辐射的第二环路。57.根据权利要求7的感测器件，其中，所述热天线成形为用于接收第一频率范围的辐射的环路，以及其中，所述保持元件成形为用于接收与所述第一频率范围不同的第二频率范围的辐射的第二环路。58.根据权利要求7的感测器件，其中，所述热天线包括多个环路，以及其中，所述热传感器位于所述多个环路之一的边缘附近。59.根据权利要求7的感测器件，其中，所述热传感器由互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺制造。60.根据权利要求7的感测器件，其中，所述热传感器由双极工艺制造。61.根据权利要求7的感测器件，其中，所述热传感器由互补金属氧化物半导体氧化物上硅(CMOS-SOI)工艺制造。62.根据权利要求7的感测器件，其中，所述热传感器包括硅锗。63.根据权利要求7的感测器件，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·尼米罗斯基，D·科尔克斯，S·卡兹，A·萨韦力扎，M·多尔金，
申请(专利权)人：泰克尼昂研究开发基金有限公司，
类型：
国别省市：