CN101571422B - 高度绝缘的热检测器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高度绝缘的热检测器，包括：基板和至少一个微结构，包括对辐射敏感并与基板相面对并且间隔一定距离地延伸的薄膜，薄膜直接或间接地机械连接到至少两个长形、共线的直支撑臂，其中至少一个通过与基板成一体的立柱机械连接到基板，薄膜与基板电连接。至少两个长形、共线的直支撑臂不沿其整个长度与薄膜连接，在其通过与直支撑臂和薄膜共面的机械连接构件连接到薄膜的端部中的一个端部处彼此连接，直支撑臂中至少一个的另一端部与刚性横条成一体，刚性横条与直支撑臂和薄膜基本共面，具有与立柱成一体的第一部分，并具有与第一部分和直支撑臂成一体的第二部分，第二部分具有长形形状，从第一部分基本垂直于直支撑臂延伸至直支撑臂的直轴线。

Description

高度绝缘的热检测器

技术领域

本发明涉及检测电磁辐射的领域，更确切地说，涉及成像和热测高温学。更具体地，本发明涉及一种包含基本热检测器阵列的用于检测红外辐射的器件。

背景技术

在用于红外成像或红外温度记录法(测高温学)的检测器的领域，已知使用以阵列形式配置并且能够在环境温度下(即，无需冷却到极低的温度)工作的器件，这种器件与只能在极低的温度下工作的称作“量子检测器”的检测器件形成对比。一般地，未冷却的检测器称作“热检测器”。

这些检测器传统上利用合适材料或合适材料组合体的物理量根据300K附近的温度的变化。在最广泛使用的测辐射热检测器的具体情况下，此物理量为电阻率，但是可使用其它量，例如介电常数、极化、热膨胀、折射率等等。

这种未冷却的检测器通常包括：

-吸收热辐射并将其转换成热的装置；

-对检测器进行热绝缘以便允许检测器的温度在热辐射的作用下可以升高的装置；

-测温装置，在测辐射热检测器的情况下，其使用电阻随温度变化的电阻构件；

-以及读取由测温装置所提供的电信号的装置。

被设计用于热或红外成像的检测器常规地被制作作为基本检测器的一维或二维阵列，所述检测器通过支撑臂悬于一般由硅制成的基板之上。

基板通常集成了对基本检测器进行顺序寻址的装置、对基本检测器进行电激励的装置以及对这些基本检测器产生的电信号进行预处理的装置。该基板和所集成的装置通常被称作“读出电路”。

为了使用此检测器获取景物，通过适当的光学器件将景物投射到基本检测器阵列上，并通过读出电路向各个基本检测器或向各行这样的检测器施加时钟控制的电刺激，以便获得构成各个基本检测器所达到的温度的图像的电信号。然后，将此信号由读出电路，然后，如果可适用，由封装之外的电子设备，或多或少地处理，以便生成所观察景物的热图像。

基本检测器是由借助于通常称作“支撑臂”的热绝缘支撑结构而被保持固定并平行于基板地悬起的薄膜(约0.1至0.5μm)形成。这些结构中的至少一部分还充当在形成于读出电路表面上的触点与薄膜的电有源部分之间的电链接。除了敏感材料之外，所述薄膜包括用以使要被检测的热辐射的吸收最大化的材料，例如，通常与位于基板表面上的反射器一起使用具有适当薄片电阻的导电层。由于四分之一波片效应，此反射器用于提高给定波长附近(通常在8和14μm之间)的吸收。因此，将薄膜和反射器之间的间隙调整为约2至2.5μm。这些类型的结构对本领域的技术人员来说是非常熟悉的。

这种检测器的主要性能是其热分辨率或NEDT(代表噪声等效温差)。这个量主要由在薄膜与基板之间观察到的热电阻R_th确定，其中所述基板保持在基本恒定的温度。

这个量R_th主要由支撑臂的组成材料和几何结构来限定。这些支撑臂的一端与薄膜的主体成一体，而这些支撑臂的另一端通过中间的锚定结构与基板成一体。量R_th与支撑臂的长度成一阶比例而与支撑臂的宽度和厚度成反比(为简单起见，假设支撑臂是由单一材料制成)。因此，优选使用具有高热阻率和高刚性的构成支撑臂的材料。从这个角度看，氮化硅非常适合并因此与极薄(几纳米)导电层一起极为广泛地使用，所述导电层必须集成到每个基本检测器的两个支撑臂中以便保证在形成于读出电路表面上的至少两个连接点与基本检测器的薄膜的电有源结构之间的电连续性。

在获得最佳性能时遇到的主要问题是在保证悬起的敏感薄膜的令人满意的几何稳定性的同时限定最大热电阻。事实上，在增大支撑臂的长度的同时使支撑臂变薄并减小支撑臂的宽度可快速到达一个界限，超出这个界限时刚性将变得不足。换句话说，由于四分之一波片的厚度必须基本上均匀以便从各个检测器获得均匀、恒定的谱响应度，所以弹性变形变得过大以致不能精确地将薄膜支撑在基板上。

为解决此问题而采用的常用方案是通过沿着薄膜的一个或两个甚至更多相邻边缘增加支撑臂在其锚定点与其连接到薄膜的点之间的长度来集中于长度参数。此弯曲结构必须要在考虑的区域使用相对较厚(几百纳米)并且宽度至少处于相同级别的材料，以便有效地支撑边缘尺寸为25μm的典型薄膜。因此，在实践中可达到的R_th值方面，由于导致刚性损失，此想法在本质上受到限制。

而且，该布置限制结构的填充系数，其表示收集要被检测的辐射能量的效率。事实上，如此延长的支撑臂至少部分地钝化(由于这不是其主要目标)了基本检测器的覆盖区的一部分，且若支撑臂被延长，则该钝化相对于整个表面积成比例加大。

例如，在文献US 6034374、US 6094127或US 6144030中公开该新问题的一个解决方案，涉及用于延长支撑臂(通常是沿平行于边缘迂回往复的蛇形)的第一结构面。能吸收的敏感薄膜被形成在第二重叠结构面上并被连接到下层支撑臂的与其在基板上的锚定点相对的端部。结果形成高热阻，但是仍不可以任意使支撑臂在厚度和宽度方面变薄，这是由于上文所述且在此情况下被加剧的机械原因。此外，由于支撑臂在基板与薄膜之间的存在干扰四分之一波长谐振效应，所以必须通过以下各项而使所述结构严重复杂化：

-通过制造具有高反射能力的支撑臂以便在支撑臂自身上产生反射器效应。该效应必然是有缺陷的并且导致支撑臂导热率的增大，这与追求的目标相反；

-或者，通过沿在支撑臂与薄膜之间的第三中间结构面插入由其自身的锚定点支撑且具有穿孔(再次与追求的目标相反)的反射器。例如，在文献US 2002/0179837A1中描述了此类结构。

由于一方面需要执行的非常多的工艺步骤和与其相关联的不可避免的低产出，另一方面由其所使用的方法的多样性而引起的工艺分散，所以这些极为复杂的结构导致制造成本高的器件。

在这方面约束更少的一个方案仅包括构造线性支撑臂，其端部之一通过用于物理连接到基板的锚定结构进行支撑，而另一端与薄膜的主体成一体且将这些支撑臂接合成共线对。图1示出根据现有技术的此类结构的典型情况。可以理解，至少两个支撑臂必须是导电体并与形成于读出电路表面上的连接具有连续性，从而可对形成于薄膜中的电阻进行寻址。例如，美国专利US 5021663中描述了只有两个支撑臂的此类结构。因此，即使对于更薄的支撑臂厚度(对于常用材料和边缘的尺寸约25μm的像素，厚度约为15到50nm)，薄膜的机械支撑也是有效的，而不一定必然使结构复杂化或显著减小填充系数。由于支撑臂(或沿公共轴线布置的支撑臂对)不会超出薄膜的边缘或对角线的长度，因此填充系数保持较高。

于是，可获得极高的R_th值和高品质的填充系数，而无需借助于复杂的结构。然而，对于用于形成阵列的基本检测器的较小并置间距(通常小于25μm)而言，该现有技术的限制再次出现。首先，由于基板上的锚定点必须粗大并且由于机械原因基本上沿支撑臂的轴线布置，其总尺寸限制支撑臂的线性长度。此外，锚定点通常是横向(在平行于基板平面的两个维度)扩展地形成，相对于基本像素的覆盖区上的可用表面积，横向扩展对于这些极小间距变得不可忽略。这导致薄膜的填充系数的损失。

下面参照图1和2给出对结构约束条件的估计。在具有25μm间距的检测器阵列的最普遍情况下，假定每个锚定结构被两个相邻检测器共用的有利实际情况，如图1所示，且假定锚定结构4占据约5×5μm的面积，在假定必须为薄膜到各支撑臂对的连接留出3至5μm的间隙的情况下，支撑臂对3可共计延伸约15至17μm。与上述其它构造可能性相比，这形成令人满意的热电阻，即使在例如根据文献US 5021663按照现有技术的另一种实施例根据图1的各个薄膜是由四个支撑臂支撑而不是由两个支撑臂支撑的情况下。

将此实施运用到17μm的阵列重复间距，支撑臂对的总延伸必须不超过9至11μm，而由于受到其它工艺约束条件的限制所以宽度和厚度几乎不可减小。此外，相对于基本检测器的面积的用于延伸收集辐射能量的薄膜的有效表面积减少约10％至15％，由于总是追求最佳性能，所以这是不利的。在灵敏度方面，平衡减少40％至50％。当对各自具有25和17μm间距的两个检测器进行比较时，入射到基本检测器的表面上的辐射能量减小一半以上，这些发现表明，用极小的阵列间距追求灵敏度是严重成问题的。

因此，产生了在优选无需使结构复杂化的情况下对较小阵列间距的性能增益的迫切需要。

锚定结构的该几何限制一方面与经过支撑臂来在由读出电路监测的电势和薄膜的电功能之间可靠并统计上确定地获得电连接性的需要相关，另一方面与确保相对于基板的组合体的机械刚性的需要相关。锚定结构的制造需要使用多种材料，其中每种材料必须使用特殊的制版和蚀刻工艺来限定，从而符合不能任意放松的制图规则。约5×5μm的总尺寸是合适的，而使用更为严格的技术和检查获得的4×4μm的总尺寸表示使用行业的普通试验技术实现的良好折衷。

因此，本发明的目的是提出一种简单结构的热检测器，不必考虑阵列间距、尤其是对于小的阵列重复间距，该热检测器表现出优于现有技术的检测器的性能。本发明在以下位置解决了克服实现高热阻的限制的问题：根据第一实施方式不仅在基板的锚定结构处，而且可以以累加的方式，根据第二实施方式在支撑臂成一体地连接到敏感薄膜处。所述设计可根据提供了更大灵敏度改善的第三实施方式进行扩展。

发明内容

为此，本发明的目的是一种将热绝缘支撑臂锚定到基板的锚定点和/或支撑臂与薄膜主体的连接点的布置和构造，所述组合体按单一构造平面形成，以便克服现有技术的几何限制，同时保留制造简易性的所有优点。

因此，本发明涉及一种用于检测电磁辐射器件，包括：基板和至少一个微结构，所述微结构包括对所述辐射敏感以及基本上与所述基板相面对并且与基板间隔一定距离地延伸的薄膜，所述薄膜直接或间接地机械连接到至少两个长形、共线的直支撑臂，至少一个直支撑臂通过与所述基板成一体的立柱机械地连接到基板，所述薄膜还电连接到基板。

根据本发明，所述至少两个长形、共线的直支撑臂不沿其整个长度与薄膜连接，并且在其通过机械连接构件连接到薄膜的端部中的一个端部处彼此连接，所述机械连接构件与直支撑臂和薄膜基本上共面，所述直支撑臂中至少一个的另一端部与刚性横条成一体，所述刚性横条与所述直支撑臂和薄膜基本共面，具有与立柱成一体的第一部分，并且具有与所述第一部分和所述直支撑臂成一体的第二部分，其中所述第二部分具有长形形状，从所述第一部分相对于所述直支撑臂的直轴线基本垂直地延伸至。

应该注意，由于本发明的独特的连接支撑臂的方法，与现有技术的器件相比，由横条和立柱构成的锚定点的总尺寸得以减小。

根据本发明的第二实方式，所述支撑臂(下面称作“第一支撑臂”)通过平行于所述第一支撑臂的共线的中间支撑臂间接连接到薄膜，中间支撑臂的端部之一在横条处连接到薄膜，所述横条与所述薄膜成一体并与所述支撑臂和所述薄膜基本共面，所述中间支撑臂的另一端部在机械连接构件处连接到第一支撑臂。

根据该第二实施方式，同一薄膜的所述横条之间通过刚性构件连接，所述刚性构件与薄膜成一体并且共面，甚至有利地构成所述薄膜。在后一种情况下，薄膜自身必须具有能够防止形成横条的部分的相对弹性运动的刚性，相对弹性运动的作用是使中间支撑臂松动，因此导致薄膜支撑故障。

在上述实施方式的一个变型中，所述横条不直接连接到薄膜，而是通过长形刚性构件连接到薄膜，所述长形刚性构件平行于支撑臂并通过第三组的两个平行于上述支撑臂的共线支撑臂连接到薄膜，该共线支撑臂的一个端部连接到所述横条而另一端部在机械连接构件处与所述薄膜成一体。

有利地，所述各种构件是共面的或基本共面的。

根据本发明，所述横条(涉及连接到立柱的横条或与薄膜直接或间接连接的横条)是由与支撑臂的组成层全面接触的至少一层刚性材料形成。此规定补充了“基本共面”的表达，其表示所有这些层均连续紧贴地彼此沉积，而不存在任何中间牺牲层。此横条具有与轴线、即支撑臂的长度方向垂直的长形形状，横条基本上布置在平行于基板的同一平面内，此平面还包含支撑臂和薄膜。根据关于此术语提供的信息，这种所有组件共面的布置能够产生具有极其简单的组合结构。

有利地，横条的宽度至少在与支撑臂的端部连接的端部处与支撑臂的长度相比是可忽略的。一般而有利地，横条的宽度至少在与支撑臂连接的端部处与所述支撑臂的宽度处于相同等级。

根据第一实施方式所涉及的立柱形成基本垂直(垂直于基板表面)的结构，立柱的下部与基板成一体，而立柱的上部与横条成一体。

尽管以下事实是已知的，最好明确指出，薄膜是通过至少两个导电支撑臂来支撑，所述导电支撑臂必须与横条具有电连续性，横条与导电支撑臂成一体，因此，横条也包含至少一个导电层。然而，并非所有横条均具有此导电层。

所述形成电连续性的横条必须与自身导电的立柱具有电连续性，以便总体保证位于基板表面上的触点与位于薄膜中的电功能之间的电连续性。然而，并非所有的立柱都必须是导电体。

类似地，根据第二实施例方式，至少两个导电支撑臂与包含至少一个导电层并与薄膜的有源结构具有电连续性的横条成一体。

并非与同一薄膜相关的所有支撑臂、所有横条以及所有立柱都是导电的。根据计划建立的用于获得根据本发明的检测器的功能性的电连续性，本领域的技术人员能够容易地限定哪些结构将具有或不具有导电的构成部分，而无需对此方面进行更为详细的论述。

根据第一实施方式的横条和立柱基本上与基板等温。换句话说，在检测器运行时，与在支撑臂的长度上呈现的温差相比，在由横条和立柱构成的锚定结构内部可观察到的相对于基板的温差是可忽略的。在本发明的特定实施方式中，例如根据图2和5，此特征对于避免相邻检测器之间的热干扰是有利的，但这不是本发明的基本或优选的特征。

类似地，按照所述术语的相同意义，在根据第二实施方式结合到悬起部件中的横条中的每个基本上是等温的。换句话说，当检测器运行时，由于其构造，在其各个部件之间、尤其从一端到另一端未呈现显著温度差。此特征可将其与构成热绝缘支撑臂的各形式加以区别。

在本发明的上下文中，应用于横条的术语“刚性”表示应用不被支撑臂具有的至少一个层，相比之下，所述支撑臂被看作是非刚性的，因为如上文所指示，为了所追求的高性能的目标而有利地在其构造中使用尤其较小的厚度和宽度。在检测器正常运行时，形成横条主要部分的层或层的组合体基本上不能变形，而对于支撑臂，如果其在缺少所述横条的情况下在与横条相同的水平尺寸上局部延伸则通常不是这种情况。因此，横条的厚度通常基本大于支撑臂的厚度，并且横条优选地由机械刚性材料形成。

有利地，根据实施方式，支撑臂的构成材料延伸在所述横条的覆盖区上直到所述立柱顶部或延伸直到薄膜之内，以便在必要时提供易于实现的电连续性以及以便在支撑臂的端部和使支撑臂保持线性拉伸的结构之间提供足够的机械强度。

附图说明

通过下面参照附图提供的描述可更好地理解本发明，所述描述的细节仅以示例的方式给出，在附图中，相同的标号涉及相同的构件：

图1为根据现有技术状态的基本检测器的阵列组合体的一部分的平面图；

图2为根据本发明第一具体实施方式的基本检测器的阵列组合体的一部分的平面图；

图3为集中于根据图2的实施方式的检测器的特征方面的示意性透视图；

图4为本发明的对象根据特定的优选实施方式并沿图2所限定的线AA的详细截面。

图5为根据本发明的第二具体实施方式的基本检测器的阵列组合体的一部分的平面图。

图6为根据本发明第一实施方式的第一变型的基本检测器的阵列组合体的一部分的平面图。

图7为根据本发明第一实施方式的第二变型的基本检测器的阵列组合体的一部分的平面图。

图8为根据本发明第二实施方式的一个变型的基本检测器的阵列组合体的一部分的平面图。

图9为集中于根据图5的实施方式的检测器的特征方面的示意性透视图。

图10为集中于根据图8的实施方式的检测器的特征方面的示意性透视图。

具体实施方式

图1示意地示出根据现有技术状态的检测器阵列的部分平面图。可见：

-初始基板1，其上共同形成所有结构；

-对热辐射敏感的薄膜2的并置，各薄膜在其左右边缘的中间部分处保持悬于基板1之上；

-共线形态的成对支撑臂3；

-锚定结构4，在此具体情况下，各个结构被两个相邻像素共用。记录在结构内的方形表示与基板连接的立柱，所述立柱在垂直的尺度上延伸。

图2示出根据本发明第一实施方式的检测器阵列的部分平面图，其包括相同的构件，但是特征在于基板上的锚定结构的构成和形状。这些结构包括横条4A，其上连接支撑臂对3的与薄膜2相对的端部以及由内部方形表示的与基板连接的立柱。

此处，在特别简单的情况下，使支撑臂的与锚定点相对的端部彼此连接的机械连接构件20包括薄膜2的侧向突出部分，支撑臂附着在该侧向突出部分上。鉴于材料的连续性，这些构件不与图2的像素的薄膜分开表示，构件围绕中间的像素并在各个方面均与后者相同。用于薄膜中的材料(在这种情况下，限定支撑臂的共线连接构件20的组成)必须连接到支撑臂材料，以便保证结构的整体稳定性。如图4所示，此连接可通过在此连接区域上延伸构成支撑臂的材料的至少一部分来有利地获得；为简单起见，图4假设使用相同的材料14来形成横条4A和支撑臂连接构件20，但是这决不是本发明的与众不同的特点。在薄膜中形成各层的细节不属于本文的范围。

可以理解，选择在图2和图5中仅示出被两个相邻像素共用的锚定结构只表示但不限于满足对本发明的说明性描述的可能情况。在不超出本发明的范围的情况下，完全可借助于两个或四个甚至更多的互不相同的锚定来支撑各个薄膜，或与此相反，在四个相邻像素之间共享锚定点的全部或一部分。

图6提出本发明根据该第一实施方式的第一实施变型，据此每个像素(每个薄膜)的至少一个横条被四个像素共用。图6示出薄膜均由四个横条支撑的情况，各个横条为四个像素所共用。因此，本发明允许在像素的覆盖区内除去锚定的一部分的总尺寸。在图6示出的情况下，若根据已知的布置在基板中形成用于在读出模式下选择像素的特定开关，则该布局只在像素的单独寻址方面起作用。

图7提出本发明根据该第一实施方式的第二实施变型，据此每个像素的至少一个横条与位于其端部的两个立柱成一体。图7示出所有薄膜均由四个横条支撑的情况，各个横条被按该特殊形状制成。该布置允许以专有的方式来加强横条的刚性或获得冗余的电或机械连接性或修改支撑臂到基板的锚定点的热化。此外，可建立与所述横条成一体的两个共线支撑臂对之一与另一个之间的电连续性(即所述横条两端之间的电连续性)或者，相反地，通过为构成横条的导电层所保留的处理，可防止所述电连续性。

基于这些示例，可以推出根据本发明的其它特殊的有利布置，而无需明确地公开所有布置。

此处，由于本领域的技术人员具备所有必需的知识，因此无需对薄膜的构造进行详细描述。然而，下文将描述根据本发明的结构中的主要相关构件。

通常，使电阻率随温度变化的材料(例如，掺杂的非晶硅或氧化钒合金)的至少一个所谓的敏感层或测温层，与至少一层(例如钛或氮化钛)相结合，从而限定这样形成的测辐射热电阻的导电电极。通过使用在预期波长范围内吸收辐射的材料(例如氮化硅)的一层或多层，或者若电极具有适于耦合电磁波的薄片电阻则通过直接利用电极的导电特性，来获得对热辐射的吸收。这些原理在技术文献中被广泛地描述。

支撑臂3通常是使用一种或多种机械电介质层(非电导体)来实现，其通常是氮化硅或氧化硅或中间材料。如上所述，至少两个支撑臂还包含用于结构的电连续性的导电层。

图3示出根据本发明的结构的细节，其特别包括：

-支撑臂3的位于其锚定点附近的一部分，在此特定的优选情况下，各个锚定点被两个相邻检测器共用；

-由横条4A和立柱15构成的锚定点；

-为了图的简洁而透明示出的薄膜2的由虚线表示的轮廓。

现在参照图3和4给出根据优选而非限定性实施方式的构造的说明。

程序开始于在基板1的表面上沉积导电层7，其传统上被电介质层6的整体所钝化，在电介质层6中形成入口。导电层7在紧邻所述孔处被保留，但是在别处被移除。

可通过施加优选为平坦化但非关键的层8来继续进行该程序。为此聚酰亚胺或厚的无机型的沉积是合适的。使用已知的合适的技术，根据侧面尺寸约2μm至4μm且相对于基板表面的最终高度约1.5μm至2μm的立柱来局部地限定该层。

接着，沉积反射金属层9，其围绕先前形成且与导电层7的边缘相接触的立柱。通过常规蚀刻来限定彼此绝缘的表面，尤其是读出电路的电接入点。

通常通过离心法或旋涂，将厚度约1.5μm至2.5μm的牺牲(从在程序结束后将被移除的意义上)平坦化材料层10涂覆到所述结构。例如，使用有机聚酰亚胺层。然后，在此牺牲层的表面上沉积由氧化硅或氮化硅或中间材料形成的极薄(厚度约10至50纳米)电介质层11A；然后，沉积金属层12，其用于产生支撑臂的电连续性和在需要时产生薄膜中的其它电功能。

然后，使用常规方法来限定该导电层，以便根据要获得的功能来定义局部限制，本文中将无需对此进行描述。然后，穿过层11A、12以及立柱正上方的层10的剩余厚度形成孔。随后通过层13对这些有利地减小为1μm或更小的横向尺寸的孔进行金属化，然后在除了紧邻孔处之外的任何地方移除层13。这样获得从基板到层12、因此到薄膜的电连续性。

可选地但优选地沉积第二电介质层11B，其在类型和厚度方面通常与层11A相同。然后，在用于电极和敏感材料之间的连接的表面上移除该层，电极和敏感材料未示出并且根据其固有特征和厚度最后沉积于结构表面上，这超出说明的范围之外。

根据图2所示的结构，若至少在薄膜的构成连接构件的横向延伸的覆盖区上保留构成所述支撑臂的至少一层、优选地保留所有层的连续性，则自然获得所述支撑臂之间的连接构件在延伸方面的刚性机械连续性。

最后，使用适当的方法限定敏感材料，尤其是以移除支撑臂所占据的表面以及在需要时也移除结构4A正上方的表面的方式。可添加或插入尤其为形成薄膜的功能的材料所专用的其它层和局部限定，并且一些操作的详细程度可取决于所计划的结构而发生变化，无需对此变型的所有细节进行必要和有效的描述(其精神例如从给出的描述得以表示)，这是由于这些构件不能被理解为本发明的特征。

随后，通过按照约50至500纳米的厚度沉积一个或多个层14来结束称作横条的特征结构，所述层14例如由氮化硅或氧化硅、或中间材料或非晶硅构成。通过用通常约为支撑臂宽度的宽度(即，使用最新的技术在0.3至1微米之间的宽度)进行蚀刻来获得横条的至少位于与支撑臂连接的端部处的轮廓。优选地组合体14保持在材料13上作为保护，甚至如果组合体14是金属的则作为材料13的替代物。

通过对各种材料(即构成这些结构的至少11B、12、11A)进行后续的蚀刻操作直到达到下面的牺牲层，可随后获得薄膜和支撑臂的几何限定。唯一剩余的任务是通过常规装置来移除牺牲层10，以便结束构造程序。

根据该描述，横条和支撑横条的立柱的形成仅占用立柱正上方的边长约2μm且其上贴靠支撑臂的横条端部处的宽度约0.3至0.5μm的表面积，即，比根据现有技术的器件的锚定结构占据明显更小的空间。因此，与现有技术相比，可显著改善用于收集辐射能量的薄膜的延伸。根据下面参照图5所描述的第二实施方式还可看出，此空间的节省使本发明更有意义。

上述用于获得立柱和相关横条的技术仅构成一个有效的实施例。可以使用此领域中更为普遍的技术，其包括：不预先形成立柱，而是相反地，形成穿过构成支撑臂的层11A和12、接着穿过层10直至到达沉积在基板表面上的导电材料的孔，然后，例如通过所描述的层13或与层13等效的所有层对这些孔进行金属化。此外，通过预先使层10变薄以暴露立柱8的顶部，可从在沉积第一无机层11A起将横条连接到立柱15的顶部。本领域的技术人员已知能够产生此结果的干蚀刻方法。

描述过的优选组合体有利地使支撑臂的组成材料保持直到立柱的顶部，从而避免形成可能的有害机械弱点并且在需要时容易保证与制造支撑横条的公知简易性相关联的电连续性。根据一个变型，可借助一种或多种导电材料来形成横条，例如通过一般按照图3所示形状延伸的金属层13来形成横条。因此不再需要将支撑臂的材料保持直到立柱的正上方。

在位于薄膜中的敏感测辐射热材料可有效地构成横条的主要材料的情况下，则可获得结构的第二有利变型。这通常是非晶硅的情形。根据该变型，材料14同时用于薄膜中作为敏感测辐射热材料，又作为横条的成分，这可基本上简化整个结构的总体组合。

根据第三变型，材料14不仅用于制造横条，还用于薄膜中作为薄膜的惰性钝化材料或作为有源结构的机械加固。

现在将参照图5描述本发明的第二实施方式。根据该实施方式，薄膜结合有由标号4B标识的刚性构件。换句话说，使所述薄膜配备有与参照图2和3所描述的横条14基本相同类型的横条。在此，不仅涉及使用横条来形成向基板的锚定点，而且涉及使用横条在薄膜2上形成机械连接点，并且如果需要则形成电连续点。

从图5可看出这些刚性构件或横条的布置和作用，通过结合前面提供的说明，基于图4的外推可看出这些刚性构件的构成。可将与所述各种层、构成材料和变型相关的相同操作、组成和布置直接扩展到该第二实施方式。

在图5的示例中通过实心表面20可获得各支撑臂对的构件之间的机械连续性，其中所述实心表面20被两个支撑臂对共用、位于支撑臂对的连接点处以及由与构成支撑臂的材料相同的材料构成。因此，对于围绕中心像素并且在各个方面与中心像素相同的像素，该部件20没有与薄膜分别示出。可以优选其它详细形状和材料的具体不同堆叠，例如，基于层14或用于层10的表面的其它构成部分形成的附加构件。

根据该第二实施方式，其特征在于在同一支撑臂对的两个横条之间形成机械刚性。例如，此刚性是通过位于薄膜2的边缘的具有不中断边框的矩形框架获得，其中框架作为构成根据前面给出的描述的原理形成的横条4B的组合体14的材料的直接延伸。

如图5所示的通常以约1至3μm的宽度实现的框架的设计只是一个优选示例，其可对支撑臂对、甚至是极薄的支撑臂对的支撑产生所需的结果，并且还附带地但有利地在围绕平行于支撑臂的轴线的弯曲方向上产生使薄膜具有刚性的结果。

例如，通过设置平行于支撑臂的杆件(而不是框架)30，可获得根据本发明按照第二实施方式的其它结构，杆件由连接同一支撑臂对的两个横条的组合体14构成并且和上述框架的平行于支撑臂的边缘相对应。极端地，若未通过组合体14进行加固的薄膜自身的可弯曲性足够小，则横条可只局限于由图5所示的矩形4B所限定的部分。因此，必须基于在同一支撑臂对的两个横条之间所得到的刚性机械连接的考虑来限定与薄膜相连接的横条端部的延伸。这取决于薄膜的特定构造特征。

图9基于图5中所提出的结构详细说明这点。为简单起见，没有示出与基板相连的立柱和形成物。其中，若薄膜2自身可弯曲性足够小则图5所示的横条4B可由实线表示并充分延伸。为了改进刚性，将由虚线示出的基本为长形的杆件30有利地添加到薄膜的边缘。还可通过部分或完全的(根据补充部分)框架31(也通过虚线表示)对此刚性组合体进行补充。若薄膜的主体是足够刚性的，则可通过由薄膜的组成层所产生的形成物来直接限定横条。

图8示出第三实施方式。在该实施方式中，通过在如先前第一实施方式所述被形成的机械构件20B处连接的第一共线支撑臂对3C来支撑薄膜。在说明第二实施方式时介绍的构件或杆件30与薄膜分离，以便形成长形的连接横条对的刚性结构或梁30。根据第二实施方式所公开的结构，通过横条4B的另一端部(其上贴靠通过构件20A连接到支撑臂对3A的支撑臂对3B)可获得对如此形成的组合体的支撑。

根据超出这些示例而说明的实施例，可继续交替发展平行的支撑臂对直至薄膜的中部。然而，一方面，组合体的几何稳定性具有依赖于对所使用的层的机械品质进行控制的限制，另一方面，敏感薄膜必须具有足以获得与追求的性能最佳化的目标相一致的光学响应的表面积。从该观点来看，根据图8的实施方式具有最大优点。

可推断出，在用于薄膜中的敏感测辐射热材料(例如非晶硅)还能够形成横条4B和刚性构件或梁30的主要组成部分组合体14的情况下，则可获得特别有利的布置，这是因为足以使该材料在支撑臂连接薄膜或在梁上的连接点附近与薄膜主体成一体地成形为符合本发明的横条，以便获得高度热绝缘的检测器。

根据符合图8的构造，图10示出此类结构。在此特别有利的情况下，杆件30和所有的横条4B和4A(也就是说包括连接到立柱(为简单起见，立柱以及连接到基板的构成物未被示出)的横条)使用相同材料的组合体14形成，并且例如一般如果该材料的组合体14构成敏感材料，则也有利地将其设置在薄膜中。在图10所示的特定情况下，连接构件20A和20B仅由构成支撑臂的材料形成；如前述，也可以由其它的功能选择形成。

可没有困难地在同一检测器处同时组合实施本发明根据上文详细描述的最初两个实施方式以及例如根据图8的引出的实施方式，这是由于，如前述，可有利地应用相同的原理和技术。图5表示在同一结构上同时应用两个实施方式的情况。可发现，与根据图2说明的单独第一实施方式获得的结果相比，本发明实际上允许支撑臂的长度加倍，甚至根据图8提出的示例可使此长度变为原来的三倍，如前述，对于具有极小重复间距的阵列检测器，第一实施方式已使现有技术改进40％至50％。此结果部分地与锚定结构根据给出的描述在基板上的构造方法相关，其尤其节省表面积。

因此，本发明允许极长(即，实际上为薄膜边缘尺度的两倍甚至三倍)但极薄极窄的等效支撑臂的机械上有效的实现。在此情况下在热阻方面获得结果尤其大，且可使用简单的构造来实现，因为其基于初始基板之上的单一结构面形成。与明显地更为复杂的组合体相比，最终将产生适中的制造成本，且在实践中，其产出与现有技术相当。

本发明应用于测辐射热检测的图像传感器的领域，而无需考虑检测频段或用于制造成像测辐射热计和参考测辐射热计的测辐射热材料的类型，例如非晶硅(a-Si)、氧化钒(Vox)(一种金属)。

Claims (13)

1.一种用于检测电磁辐射的器件，包括：基板(1)和至少一个微结构，所述微结构包括对所述辐射敏感以及基本上与所述基板相面对并且与基板间隔一定距离地延伸的薄膜(2)，所述薄膜直接或间接地机械连接到至少两个长形、共线的直支撑臂(3，3B，3C)，至少一个所述直支撑臂通过与所述基板(1)成一体的立柱(15)机械地连接到所述基板，所述薄膜与所述基板具有电连续性，其特征在于，所述至少两个长形、共线的直支撑臂沿其整个长度不与薄膜(2)连接，并且在其通过机械连接构件(20，20A，20B)连接到薄膜(2)的端部中的一个端部处彼此连接，所述机械连接构件(20，20A，20B)与所述直支撑臂和薄膜基本上共面，所述直支撑臂中至少一个的另一端部与刚性横条(4A)成一体，

其中所述横条(4A)：

与所述直支撑臂和所述薄膜基本共面，

具有与立柱(15)成一体的第一部分，并且

具有与所述第一部分和所述直支撑臂成一体的第二部分，其中，所述第二部分：

具有长形形状，

从所述第一部分相对于所述直支撑臂的直轴线基本垂直地延伸。

2.根据权利要求1所述的用于检测电磁辐射的器件，其特征在于，所述直支撑臂(3)直接连接到所述薄膜(2)，并且至少一个所述直支撑臂还与所述薄膜和所述横条(4A)具有电连续性，所述横条(4A)自身与所述立柱(15)具有电连续性。

3.根据权利要求1或2所述的用于检测电磁辐射的器件，其特征在于，所述刚性横条(4A)被两个或四个相邻薄膜(2)共用。

4.根据权利要求1或2所述的用于检测电磁辐射的器件，其特征在于，所述刚性横条(4A)的一端与所述立柱(15)成一体并且所述刚性横条的另一端与另一立柱成一体。

5.根据权利要求1或2所述的用于检测电磁辐射的器件，其特征在于，所述横条(4A)由与所述直支撑臂的组成层接触的至少一层刚性材料形成。

6.根据权利要求1或2所述的用于检测电磁辐射的器件，其特征在于，所述横条(4A)与所述立柱(15)具有电连续性，并且所述立柱导电以便保证基板表面上的触点与所述薄膜中的电功能之间的总体电连续性。

7.根据权利要求1所述的用于检测电磁辐射的器件，其特征在于，所述直支撑臂(3，3A)中的每一个通过共线的中间支撑臂(3B)间接连接到所述薄膜(2)，所述中间支撑臂(3B)基本上与所述直支撑臂和所述薄膜共面，所述中间支撑臂中的每一个平行于所述直支撑臂并且所述中间支撑臂的一个端部连接到刚性的第二横条(4B)，所述第二横条(4B)与所述薄膜成一体并且所述中间支撑臂的另一端部借助机械连接构件(20，20A)连接到所述直支撑臂。

8.根据权利要求7所述的用于检测电磁辐射的器件，其特征在于，所述第二横条(4B)与所述薄膜(2)成一体并且通过刚性构件(30)连接，所述刚性构件(30)还与所述薄膜成一体并且共面。

9.根据权利要求7所述的用于检测电磁辐射的器件，其特征在于，所述薄膜(2)包含连续的刚性框架，所述框架的两个相对的边具有延伸，所述延伸中的一个形成所述第二横条(4B)，所述第二横条(4B)能够提供向所述中间支撑臂(3B)的连接。

10.根据权利要求7所述的用于检测电磁辐射的器件，其特征在于，所述第二横条(4B)不直接连接到所述薄膜(2)，而是通过第三支撑臂(3C)连接到所述薄膜，所述第三支撑臂(3C)平行于所述直支撑臂(3，3A)和所述中间支撑臂(3B)，所述第三支撑臂(3C)的一个端部连接到所述第二横条而所述第三支撑臂的另一端部在第二机械连接构件(20B)处与所述薄膜成一体。

11.根据权利要求1或2所述的用于检测电磁辐射的器件，其特征在于，所述横条(4A，4B)的宽度与横条(4A，4B)所连接的支撑臂的长度相比是可忽略的。

12.根据权利要求1或2所述的用于检测电磁辐射的器件，其特征在于，所述横条(4A，4B)的宽度至少在与所述直支撑臂连接的端部处与所述直支撑臂的宽度处于相同等级。

13.根据权利要求7至9之一所述的用于检测电磁辐射的器件，其特征在于，所述直支撑臂的组成材料延伸到所述薄膜内部或延伸在与所述薄膜成一体的所述第二横条(4B)的覆盖区之上，从而提供电连续性以及在所述直支撑臂的端部和使支撑臂保持线性拉伸的结构之间的机械强度。

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