CN100533078C - 包括有源和无源微辐射热计的辐射热检测装置的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无源微辐射热计(12)，包括反射屏(17)和用于吸收辐射、测温及电连接的悬置膜(22)。该膜由固定到支承基板(16)上的至少两个固定件(15)支承。反射屏(17)可由厚度约为500至2000的至少一个金属层(18)支承。该屏(17)布置在膜下方并与膜吸收元件(13)电接触，从而减小由屏(17)和吸收元件(13)组成的单元的面电阻率并避免该吸收元件吸收辐射。
Description
技术领域
本发明涉及用于制造包括至少一个有源微辐射热计(microbolometer)和至少一个无源微辐射热计的辐射热检测装置的方法，其中每个微辐射热计包括用于吸收辐射、测温及电连接的悬置膜，所述有源和无源微辐射热计同时形成在单个支承基板上，而反射屏形成在整个装置上，随后在相对有源微辐射热计的位置被去除。
本发明还涉及通过上述方法生产得到的无源微辐射热计。
背景技术
通常具有微桥的微辐射热计包括通过固定件支承在支承基板上的悬置膜。该膜具有三种功能，即，利用吸收元件吸收入射的辐射，利用测温元件将热量转换为电阻变化，以及利用一个或多个电极与支承基板电连接。
上述三种功能可通过三个分立元件实现。由于入射辐射而被加热的吸收元件将热量传递到测温元件，该测温元件的温度升高优选被微辐射热计外部的电子测量电路测得。膜与支承基板的电连接例如通过电极实现。因此，吸收元件将例如光子等入射光通量转化为热通量。热通量造成测温元件温度变化，由此将温度变化转换为电信号。上方悬置一膜的支承基板构成微辐射热计的冷点并包括利用上述电信号的电子测量电路。
在某些情况下，这三种功能可通过两个元件实现。例如，可由辐射热材料实现吸收元件和测温元件的功能，而与支承件的电连接通过连接到测温元件的电极实现。
在另一实施例中，电极可同时实现电连接和吸收元件的功能。而辐射热材料则仅形成测温元件。
电极(如线圈形式的电极)也可实现电连接和测温元件的功能，吸收元件可为另一分立元件。
在图1中，微辐射热计1包括通过两个固定件4悬置在支承基板3上的膜，所述两个固定件4同时还在膜和基板3之间形成热连接。膜包括支撑测温元件5的至少一个吸收元件2，通过电极(未示出)检测该测温元件的温度变化。支承基板3包括电测量电路(未示出)，用于利用微辐射热计1的测量结果。测量的灵敏度可通过在支承基板3和膜之间引入绝缘臂6从而限制膜的热损耗并由此储存其热来提高。
测温元件5可为电阻型的。测温元件5的电阻和/或阻抗的变化将被测量。例如，测温元件5可通过辐射热材料接触因特定构造而具有吸收元件和电连接功能的电极而形成，其中电极的构造可为例如线圈形式的。由微辐射热计1吸收的入射辐射随后使吸收元件2的温度升高，从而使测温元件5的电阻发生变化。电阻变化可在优选固定到固定件4上的电极的端子处测得。
有效的工作需要微辐射热计1的三个主要条件得到满足：低热质量，膜与支承基板3之间的热绝缘性好，以及热升高转化为电信号的转化率灵敏度高。前两个条件通过在植入薄层以获得微辐射热计1时实现。
图2示出了基于微辐射热计的检测装置的读取原理。该装置包括吸收入射辐射8(例如红外线)的测量微辐射热计7或有源微辐射热计。微辐射热计7的阻抗的变化表示出入射辐射变化。电流读取(current reading)经常被用于进行此测量。在微辐射热计7的输出端的电流包括可变的部分和不变的部分。检测器实际是以相对检测方式工作的，即，它检测连续的不变背景信号，该背景信号可能妨碍测量有用的可变信号，这种可变信号与背景信号相比通常很小。因此，电流的不变部分必须被去除以便获得最优的辐射值测量结果。
为了提高读取灵敏度，电流的不变部分优选地分支到一导出分支(derivation branch)，以便仅有电流的可变部分被送入积分器9。就电学领域而言，用作导出分支的元件不可太多噪声，从而不会造成很大的干扰。因而，该导出分支通过具有足够高数值的前置电阻器实现。常规方式包括使用无源微辐射热计作为导出分支，即，不会检测辐射的微辐射热计。
因此，如图2所示，导出分支包括导出微辐射热计10，其由设置在辐射源8和微辐射热计10之间的一保护屏11屏蔽。由此，微辐射热计10被转换为不吸收辐射而仅作为参照的无源微辐射热计。
因而，检测装置的效率可与该无源微辐射热计10的特性关联，该无源微辐射热计10必须被完全屏蔽并优选地具有较小的热阻率。
其它检测装置使用包括两个微辐射热计的桥结构，其中一个微辐射热计通过在辐射源和微辐射热计之间设置一保护屏而被无源化(EP-A-0892257和EP-A-0566156)。
在微辐射热计之前设置一保护屏会使制造过程产生问题。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题并实现一种无源微辐射热计，该无源微辐射热计的保护屏的制造集成于该无源微辐射热计的制造过程中。
根据本发明，上述目的通过所附权利要求实现，具体地，通过以下方式实现：膜包括实现电连接功能的辐射吸收元件和测温元件，无源微辐射热计在包括与该膜的吸收元件接触的至少一个金属层的保护屏上形成。
附图说明
其他优点和特征将通过下面对本发明的各个由附图示出的非限制性实施例的详述而显见。
图1示出根据现有技术的微辐射热计。
图2示意性地示出根据现有技术的辐射热检测装置的读取原理。
图3示出根据本发明的无源微辐射热计的一实施例。
图4-7示出包括图3的无源微辐射热计的辐射热检测装置的制造过程的一示意实施例的各个步骤。
具体实施方式
在图3所示的特定实施例中，无源微辐射热计12包括具有辐射吸收元件13和构成该微辐射热计12的测温元件14的辐射热材料体的悬置膜。该膜由布置在支承基板16上的两个固定件15支承。
无源微辐射热计12包括在膜下方形成的反射保护屏17。保护片17由例如至少一个反射层18形成，优选由金属层形成，因为金属具有很好的辐射反射性，尤其是对红外辐射。屏17必须反射入射辐射并且不能使由辐射热材料形成的测温元件14短路。因此，保护屏17仅与吸收元件13电接触，而由辐射热材料形成的测温元件14布置在该吸收元件13上。
选择构成保护屏17的材料，从而使保护屏17呈现出所需的光学和热学性质，以反射辐射。上述层18由从具有良好红外反射能力并形成纯光学镜面的铝、银、金和铜中优选选出的金属制成。金属层的厚度为大约
到
可为反射屏17选择其他材料。例如，屏17可包括由特别是金属或掺杂氧化铟锡等材料层堆叠形成的内绝缘叠层。
屏17还可由干扰型反射器形成，即，包括由绝缘或传导薄层形成的叠层的屏。屏17还可由具有面纹理或体纹理效果(surface or volume textureeffect)的材料制成。它也可由金属陶瓷材料，即具有金属夹杂物的陶瓷制成，该材料的传导阈值取决于陶瓷中的金属浓度。
构成测温元件14的辐射热材料为例如低阻抗或高阻抗p-或n-型多晶或无定形硅。该辐射热材料体也可为处于半导体相的氧化钒、铁酸盐或亚锰酸盐。
支承基板16是例如硅基的支承件。它保证了无源微辐射热计12的机械强度，并优选包括用于偏压并读取测温元件的阻抗的器件(未示出)。它也可包括复用部件，特别在包括具有矩阵结构的若干微辐射热计的检测器的情况下，所述复用部件使来自不同微辐射热计的信号被串行化并被传送到常规成像系统所用的数量较少的输出端。
在图3所示的实施例中，吸收元件13的表面电阻(sheet resistance)R□必须为大约300Ω，以便吸收辐射。为了使由吸收元件13和屏17组成的组件的表面电阻为反射器的表面电阻，即大约0.1Ω的表面电阻，吸收元件13必须与反射屏17电接触。因而，吸收元件13的表面电阻与屏17的表面电阻相关。
入射的辐射通过形成测温元件14的辐射热材料体，其在本实施例中为透明的，随后射到由吸收元件13和金属屏17形成的组件上，金属屏17反射辐射，随后使之射出。组件13和17的表面电阻低以防止辐射被吸收，并因此防止膜被加热。测温元件14不会被加热，其阻抗保持不变。
在另一实施例中，未示出，用于电连接无源微辐射热计12和支承基板16的电极具有特殊的构造，例如为线圈形式的，并同时构成吸收元件13。
从例如钛、氮化钛、铂、铝、钯、镍、镍铬合金等中选择形成电极的材料。电极的厚度为约0.005μm至1μm。
在另一实施例中，未示出，辐射热材料体由测温元件14并由如线圈形式的电极形成，吸收元件13为分立元件。
在所有实例中，虽然反射屏17设置在膜下方，所形成的微辐射热计12为无源的，因为它的膜并不吸收辐射。
辐射热检测装置的一个实施例包括在单个支承基板16上制成的至少一个有源微辐射热计19和一个图3所示的无源微辐射热计12，下面参考图4-7详述。
在图4中，用于生产该装置的方法首先包括在承载固定件15的支承基板16上顺序淀积牺牲层20和金属层21，该牺牲层20优选由聚酰亚胺制成且厚度大致等于微辐射热计12和19的固定件15的厚度，该金属层21构成无源微辐射热计12的保护屏17。
在图5中，仅与有源微辐射热计19的位置相对地蚀刻构成保护屏17的层21，使得仅对应无源微辐射热计12保留保护屏17。在图3-7的实施例中，反射屏17由传导材料制成。因此必需提供该层相对于固定件15的介电绝缘。这种绝缘通过例如反射屏17在蚀刻中的中断形成，如图3所示。随后，在牺牲层20和对应无源微辐射热计12布置的保护屏17上，淀积形成微辐射热计12和19的膜22的各个层。
在图6中，随后蚀刻膜22使微辐射热计12和19被刻划成型(delineated)。最后，蚀刻牺牲层20，以获得图7所示的检测器，其具有布置在同一支承基板16上的包括布置在膜22下方的集成保护屏17的无源微辐射热计12以及有源微辐射热计19。
在上述制造方法中，通过例如化学或等离子蚀刻方法或通过脱膜工艺(lift-off process)刻划成型保护屏17。在金属保护屏17的情况下，通过阴极溅射或通过热分解(LPCVD)淀积金属层18。
为了改进操作，可通过取消特别是在有源微辐射热计19上的热绝缘臂6来热化无源微辐射热计12，即改善它的热导率。
在所有实例中，微辐射热计12和19的工艺不受安装反射屏17影响，因为反射屏17的制造是集成在微辐射热计12和19的制造过程中的。这会节省时间，并特别节省费用，因为已知的微辐射热计制造方法和生产线不需要变更。
另外，由于检测装置优选在真空条件下工作，保护屏17的接触辐射的表面不需要特殊涂层的保护。
本发明不限于上述实施例。所述检测器可包括适于进行红外成像的矩阵结构。该矩阵结构由在单个支承基板16上成行成列布置的多个有源微辐射热计12和多个无源微辐射热计19组成。制造方法相同，且集成在支承基板16中的电子测量电路回收利用微辐射热计12和19的每个测量结果并将其转变为红外影像。
所述检测器可封装于真空中，或封装于具有非常低的导热率的气体中，以增强效果。检测器封装用的封装器包括可透射辐射的窗。
所述检测器的微辐射热计12和19可包括任何类型的测温元件，例如热敏电阻器、电极、二极管等。
Claims (4)
1.一种制造辐射热检测装置的方法，该装置包括至少一个有源微辐射热计(19)和至少一个无源微辐射热计(12)，每个微辐射热计包括用于吸收辐射、测温及电连接的悬置膜(22)，有源微辐射热计(19)和无源微辐射热计(12)同时形成在单个支承基板(16)上，而反射屏(17)形成在整个基板上，随后在相对有源微辐射热计(19)的位置被去除，该方法的特征在于，所述悬置膜(22)包括测温元件(14)和电连接用的辐射吸收元件(13)，无源微辐射热计(12)形成在反射屏(17)上，该反射屏(17)包括与悬置膜(22)的辐射吸收元件(13)接触的至少一个金属层(18)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该金属层(18)的厚度为500
至2000。
3.根据权利要求1所述的方法获得的装置，其特征在于，该反射屏(17)布置在该悬置膜(22)下方，并与无源微辐射热计(12)的悬置膜的辐射吸收元件(13)接触。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，该金属层(18)的厚度为500至2000。
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