CN106092333B - 一种基于碳纳米红外吸收层的微测辐射热计 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于碳纳米红外吸收层的微测辐射热计，包括氮化硅支撑层(5)，所述氮化硅支撑层(5)向上依次为第一碳纳米红外吸收层(4)，热敏感层(3)，第二碳纳米红外吸收层(2)和氮化硅保护层(1)；所述第二碳纳米红外吸收层2和氮化硅保护层(1)构成微测辐射热计的顶部红外吸收层；所述第一碳纳米红外吸收层4和氮化硅支撑层(5)构成微测辐射热计的底部红外吸收层，底部红外吸收层与金属反射层(7)之间通过支撑桥墩(6)形成红外吸收谐振腔(9)；所述金属反射层(7)位于硅衬底(8)之上。该微测辐射热计采用碳纳米材料作为红外吸收增强层，不仅提高器件的红外吸收率和探测灵敏度，而且可以实现宽波段红外吸收，器件结构简单，有优异的非制冷红外探测性能。
Description
技术领域
本发明属于光电探测领域，涉及一种基于碳纳米红外吸收层的微测辐射热计。
背景技术
根据普朗克辐射定理，凡是绝对温度大于绝对零度的物体都能辐射电磁波，物理辐射能量强度与本体温度及表面的辐射发射能力有关。能够辐射可见光的物体普遍需要具备高温的特点，当温度较低时，峰值波长变大，辐射波进入红外波段，是非可见光，但对于一般低温、室温的物体，辐射红外的能力是普遍存在的。因此红外探测在探测领域具有更广的应用范围。通常情况下，红外探测系统被认为是一种无源、被动式的探测仪器，可以非接触而且不需要高功率辐射源，因此常被应用在现代国防技术中。红外探测和成像更多用来一些实际观测条件很差的时候，例如夜晚、烟雾等环境中，目前广泛应用的红外探测或成像技术包括制冷和非制冷两类。非制冷红外成像技术起步较晚，但是发展迅速，其中以氧化钒为红外敏感层的微测辐射热计成为非制冷红外成像领域的主流技术，已广泛应用于国防军事领域。但是，氧化钒自身的吸光性能较差，需要借助氮化硅等红外吸收材料以及复杂的光学腔体结构；同时，氮化硅材料的红外吸收波段在长波红外(8～12um)，而在中波红外(3～5um)波段的吸收很低，不能实现宽波段红外成像。
授权号为CN101886261B的中国专利发明了一种用于微测辐射热计的氧化钒薄膜及其制作方法，以及授权号为CN101900607B的中国专利发明了一种用于红外探测器的氧化钒薄膜及其制作方法，制备了一种氧化钒-碳纳米管复合膜结构，用以增强红外吸收和热敏特性。授权号为CN102419212B的中国专利发明了一种氧化钒复合薄膜及其制备方法，制备了氧化钒－富勒烯－碳纳米管三元复合薄膜复合膜结构作为太赫兹探测器或红外探测器的热敏电阻材料及光吸收材料，能够提高器件的综合性能。碳纳米管或者富勒烯均具有较好的红外吸收特性，但是结构单一，其在宽波红外(3～12um)波段的吸收仍然较低。
以石墨烯为主的碳纳米材料作为具有良好的宽谱吸收特性，光谱吸收范围可以从紫外到太赫兹波段，包括石墨烯纳米墙、三维多孔碳纳米材料、石墨烯微片等，并且碳纳米材料具有高载流子迁移率，对于红外探测器件，响应速度很快。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于碳纳米红外吸收层的微测辐射热计，结合材料和器件结构的合理优化，用以解决传统微测辐射热计红外吸收波段窄、红外吸收率低的问题。
本发明的技术方案如下：一种基于碳纳米红外吸收层的微测辐射热计，其特征在于，包括氮化硅支撑层5，所述氮化硅支撑层5向上依次为第一碳纳米红外吸收层4，热敏感层3，第二碳纳米红外吸收层2和氮化硅保护层1；
所述第二碳纳米红外吸收层2和氮化硅保护层1构成微测辐射热计的顶部红外吸收层；所述第一碳纳米红外吸收层4和氮化硅支撑层5构成微测辐射热计的底部红外吸收层，底部红外吸收层与金属反射层7之间通过支撑桥墩6形成红外吸收谐振腔9；所述金属反射层7位于硅衬底8之上。
作为优选，所述第一碳纳米红外吸收层4和第二碳纳米红外吸收层2各选自石墨烯纳米墙、三维多孔碳纳米材料、碳纳米管、石墨烯微片堆叠膜或者碳纳米材料的复合薄膜中的一种，厚度为10nm～1000nm。
作为优选，所述热敏感层3的材料为非晶硅(α-Si)或氧化钒(VOx)，厚度为50nm～500nm。
作为优选，所述第一碳纳米红外吸收层4和第二碳纳米红外吸收层2的厚度均为10nm～1000nm。
作为优选，所述氮化硅支撑层5的厚度为50nm～500nm。
进一步，所述支撑桥墩(6)里面包含电学通道，电学通道将热敏感层(3)与硅衬底上的电路结构相连。
作为优选，所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，管径为1nm～50nm。
作为优选，所述石墨烯微片的粒径为50nm～5um。
本发明还提供一种基于碳纳米红外吸收层的微测辐射热计的制备方法，包括如下步骤：
1)选用含有集成电路的硅衬底8，预处理备用；
2)在硅衬底8表面沉积一层金属铝作为金属反射层7；
3)在金属反射层7的表面光刻出支撑桥墩6图形，刻蚀该金属反射层7至硅衬底8上的钝化层，形成支撑桥墩孔和金属铝孤岛；
4)在金属反射层7的表面，旋涂一层光敏聚酰亚胺薄膜；
5)对聚酰亚胺薄膜进行光刻处理，形成聚酰亚胺薄膜孤岛和支撑桥墩，然后进行亚胺化处理；
6)在聚酰亚胺薄膜孤岛和桥墩孔的表面，沉积氮化硅作为氮化硅支撑层5；
7)在氮化硅支撑层5上形成第一碳纳米红外吸收层4；
8)在第一碳纳米红外吸收层4上沉积热敏感层3；
9)在热敏感层3上沉积导电金属薄膜，并通过光刻、刻蚀等方法对所沉积的导电金属薄膜进行图形化，形成电学通道，电学通道将热敏感层3与硅衬底8上的电路结构相连；
10)在热敏感层3上形成第二碳纳米红外吸收层2；
11)在第二碳纳米红外吸收层2上沉积氮化硅作为氮化硅保护层1；
12)利用微纳加工工艺对氮化硅支撑层5、第一碳纳米红外吸收层4、热敏感层3、第二碳纳米红外吸收层2以及氮化硅保护层1进行图形化；
13)采用氧等离子体去氮化硅支撑层5底部的聚酰亚胺薄膜，形成红外吸收谐振腔9，最终构成微测辐射热计。
作为优选，所述第一碳纳米红外吸收层(4)和第二碳纳米红外吸收层(2)各选自石墨烯纳米墙、三维多孔碳纳米材料、碳纳米管、石墨烯微片堆叠膜或者碳纳米材料的复合薄膜中的一种；
所述石墨烯纳米墙直接沉积于目标基底上或者先生长后转移至目标基底上；
所述三维多孔碳纳米材料通过真空沉积工艺在目标基底上直接低温沉积制备而成；
所述碳纳米管直接沉积于目标基底上或者先生长后转移至目标基底上；
石墨烯微片堆叠膜由石墨烯微片溶液在目标基底上成膜制备而成。
作为优选，所述导电金属薄膜包括但不限于Au、Ag、Pt、Cu、Ti或Al。
有益效果
本发明的碳纳米红外红外吸收层不仅弥补了氮化硅在3～5um波段红外吸收能力差的不足，可以实现宽波段(3～12um)红外吸收成像，而且碳纳米红外吸收层和氮化硅薄膜在热敏感层3上下两侧形成对称的红外吸收层，可以增强宽波段的红外吸收能力。
进一步，底部红外吸收层与金属反射层7形成红外吸收谐振腔9，可以实现红外光的二次高效吸收；
进一步，本发明基于碳纳米红外吸收层的微测辐射热计可以实现阵列焦平面的器件制备，该微测辐射热计采用碳纳米材料作为红外吸收增强层，不仅提高器件的红外吸收率和探测灵敏度，而且可以实现宽波段红外吸收，器件结构简单，有优异的非制冷红外探测性能。
附图说明
图1一种基于碳纳米红外吸收层的微测辐射热计截面图，其中1为氮化硅保护层、2为第二碳纳米红外吸收层、3为热敏感层、4为第一碳纳米红外吸收层、5为氮化硅支撑层、6为支撑桥墩、7为金属反射层、8为硅衬底和9为红外吸收谐振腔；
图2一种基于碳纳米红外吸收层的微测辐射热计的俯视图
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
本实施例的一种基于碳纳米红外吸收层的微测辐射热计，包括氮化硅保护层1、第二碳纳米红外吸收层2、热敏感3、第一碳纳米红外吸收层4、氮化硅支撑层5、支撑桥墩6、金属反射层7、硅衬底8和红外吸收谐振腔9；
本实施例中，所述的第一碳纳米红外吸收层4位于氮化硅支撑层5的上方，热敏感层3位于第一碳纳米红外吸收层4的上方，第二碳纳米红外吸收层2位于热敏感层3的上方，氮化硅保护层1位于第二碳纳米红外吸收层2的上方；
本实施例中，所述的第一碳纳米红外吸收层4和氮化硅支撑层5构成微测辐射热计的底部红外吸收层，且与金属反射层7形成红外吸收谐振腔9，可以高效吸收红外；
本实施例中，第一碳纳米红外吸收层的材料为石墨烯纳米墙，通过化学气相沉积的方法在氮化硅支撑层5上方直接沉积，厚度为10nm；
本实施例中，第二碳纳米红外吸收层的材料为石墨烯纳米墙，通过化学气相沉积的方法在热敏感层3上方直接沉积，厚度为10nm；
本实施例中，第一、二碳纳米红外吸收层通过光刻及氧气等离子体刻蚀的方法实现阵列图形化；
本实施例中，制备一种基于碳纳米红外吸收层的微测辐射热计的具体工艺方案包括以下步骤：
1)选用含有集成电路(ROIC)、钝化层的硅晶圆片作为硅衬底8，清洗后用氮气吹干备用；
2)在硅衬底8的表面，利用磁控溅射系统，沉积一层厚度为100～1000nm的金属铝，作为金属反射层7；
3)在金属反射层7的表面光刻出支撑桥墩6图形，刻蚀该金属反射层7至硅衬底8上的钝化层，形成支撑桥墩孔和金属铝孤岛；
4)在上述金属反射层7的表面，旋涂一层厚度为1～4μm的光敏聚酰亚胺薄膜；
5)对聚酰亚胺薄膜进行光刻处理，形成聚酰亚胺薄膜孤岛和支撑桥墩，然后进行亚胺化处理；
6)在聚酰亚胺薄膜孤岛和桥墩孔的表面，利用PECVD在300℃下，沉积厚度为50nm的氮化硅，作为氮化硅支撑层5；
7)根据本发明实施例所提供的碳纳米红外吸收层的制备方法，在氮化硅支撑层5上利用MPECVD在350℃下，直接沉积10nm厚的碳纳米墙作为第一碳纳米红外吸收层4；
8)在第一碳纳米红外吸收层4上采用磁控溅射的方法沉积50nm的氧化钒作为热敏感层3；
9)在热敏感层3上利用磁控溅射的方法沉积100nm的铜薄膜，并通过光刻、刻蚀等方法对所沉积的铜薄膜进行图形化，形成电学通道，电学通道将热敏感层3与硅衬底上的电路结构相连。
10)在热敏感层3上利用MPECVD在350℃下，直接沉积10nm厚的碳纳米墙作为第二碳纳米红外吸收层2；
11)在第二碳纳米红外吸收层2上利用PECVD在300℃下，沉积厚度为50nm的氮化硅，作为氮化硅保护层1；
12)利用微纳加工工艺对氮化硅支撑层5、第一碳纳米红外吸收层4、热敏感层3、第二碳纳米红外吸收层2以及氮化硅保护层1进行图形化；
13)采用氧等离子体去氮化硅支撑层5底部的聚酰亚胺薄膜，形成红外吸收谐振腔9，最终构成微测辐射热计。
本实施例中，宽波段微测辐射热计可以实现3～15um的宽波段高效红外吸收，在3～5um处的红外吸收率大于75％，在在8～12um处的红外吸收率大于85％，可实现红外成像，对红外波段具有高灵敏度检测。
实施例2
本实施例的一种基于碳纳米红外吸收层的微测辐射热计，包括氮化硅保护层1、第二碳纳米红外吸收层2、热敏感层3、第一碳纳米红外吸收层4、氮化硅支撑层5、支撑桥墩6、金属反射层7、硅衬底8和红外吸收谐振腔9；
本实施例中，所述的第一碳纳米红外吸收层4位于氮化硅支撑层5的上方，热敏感层3位于第一碳纳米红外吸收层4的上方，第二碳纳米红外吸收层2位于热敏感层3的上方，氮化硅保护层1位于第二碳纳米红外吸收层2的上方；
本实施例中，所述的第一碳纳米红外吸收层4和氮化硅支撑层5构成微测辐射热计的底部红外吸收层，且与金属反射层7形成红外吸收谐振腔9，可以高效吸收红外；
本实施例中，第一碳纳米红外吸收层4的材料为石墨烯纳米墙，通过化学气相沉积的方法在铜箔基底上生长，然后通过湿法转移的方式转移至氮化硅支撑层5上方，厚度为200nm；
本实施例中，第二碳纳米红外吸收层2的材料为石墨烯纳米墙，通过化学气相沉积的方法在铜箔基底上生长，然后通过湿法转移的方式转移至热敏感层3上方，厚度为200nm；
本实施例中，第一，二碳纳米红外吸收层通过光刻及氧气等离子体刻蚀的方法实现阵列图形化；
本实施例中，制备一种基于碳纳米红外吸收层的微测辐射热计的具体工艺方案包括以下步骤：
1)选用含有集成电路(ROIC)、钝化层的硅晶圆片作为硅衬底8，清洗后用氮气吹干备用；
2)在硅衬底8的表面，利用磁控溅射系统，沉积一层厚度为100～1000nm的金属铝，作为金属反射层7；
3)在金属反射层7的表面光刻出支撑桥墩6图形，刻蚀该金属反射层7至硅衬底8上的钝化层，形成支撑桥墩孔和金属铝孤岛；
4)在上述金属反射层7的表面，旋涂一层厚度为1～4μm的光敏聚酰亚胺薄膜；
5)对聚酰亚胺薄膜进行光刻处理，形成聚酰亚胺薄膜孤岛和支撑桥墩，然后进行亚胺化处理；
6)在聚酰亚胺薄膜孤岛和桥墩孔的表面，利用PECVD在300℃下，沉积厚度为200nm的氮化硅，作为氮化硅支撑层(5)；
7)根据本发明实施例所提供的碳纳米红外吸收层的制备方法，在铜箔基底上利用PECVD的方法700℃生长200nm厚的石墨烯纳米墙，然后通过湿法腐蚀铜箔基底并转移至氮化硅支撑层5上作为第一碳纳米红外吸收层4；
8)在第一碳纳米红外吸收层4上采用磁控溅射的方法沉积200nm的氧化钒作为热敏感层3；
9)在热敏感层3上利用磁控溅射的方法沉积200nm的铝薄膜，并通过光刻、刻蚀等方法对所沉积的铝薄膜进行图形化，形成电学通道，电学通道将热敏感层3与硅衬底上的电路结构相连。
10)在热敏感层3上利用MPECVD在350℃下，在铜箔基底上利用PECVD的方法700℃生长200nm厚的石墨烯纳米墙，然后通过湿法腐蚀铜箔基底并转移至氮化硅支撑层5上作为第二碳纳米红外吸收层2；
11)在第二碳纳米红外吸收层2上利用PECVD在300℃下，沉积厚度为100nm的氮化硅，作为氮化硅保护层1；
12)利用微纳加工工艺对氮化硅支撑层5、第一碳纳米红外吸收层4、热敏感层3、第二碳纳米红外吸收层2以及氮化硅保护层1进行图形化；
13)采用氧等离子体去氮化硅支撑层5底部的聚酰亚胺薄膜，形成红外吸收谐振腔9，最终构成微测辐射热计。
本实施例中，宽波段微测辐射热计可以实现3～15um的宽波段高效红外吸收，在3～5um处的红外吸收率大于80％，在在8～12um处的红外吸收率大于90％，可实现红外成像，对红外波段具有高灵敏度检测。
实施例3
本实施例的一种基于碳纳米红外吸收层的微测辐射热计，包括氮化硅保护层1、第二碳纳米红外吸收层2、热敏感层3、第一碳纳米红外吸收层4、氮化硅支撑层5、支撑桥墩6、金属反射层7、硅衬底8和红外吸收谐振腔9；
本实施例中，所述的第一碳纳米红外吸收层4位于氮化硅支撑层5的上方，热敏感层3位于第一碳纳米红外吸收层4的上方，第二碳纳米红外吸收层2位于热敏感层3的上方，氮化硅保护层1位于第二碳纳米红外吸收层2的上方；
本实施例中，所述的第一碳纳米红外吸收层4和氮化硅支撑层5构成微测辐射热计的底部红外吸收层，且与金属反射层7形成红外吸收谐振腔9，可以高效吸收红外；
本实施例中，第一碳纳米红外吸收层4的材料为三维多孔碳纳米材料，通过磁控溅射的方法在氮化硅支撑层5上方直接沉积，厚度为500nm；
本实施例中，第二碳纳米红外吸收层4的材料为石墨烯微片堆叠膜，通过溶液旋涂的方法在热敏感层3的上方沉积，厚度为500nm；
本实施例中，第一，二碳纳米红外吸收层通过光刻及氧气等离子体刻蚀的方法实现阵列图形化；
本实施例中，制备一种基于碳纳米红外吸收层的微测辐射热计的具体工艺方案包括以下步骤：
1)选用含有集成电路(ROIC)、钝化层的硅晶圆片作为硅衬底8，清洗后用氮气吹干备用；
2)在硅衬底8的表面，利用磁控溅射系统，沉积一层厚度为100～1000nm的金属金，作为金属反射层7；
3)在金属反射层7的表面光刻出支撑桥墩6图形，刻蚀该金属反射层7至硅衬底8上的钝化层，形成支撑桥墩孔和金属金反射层；
4)在上述金属反射层7的表面，旋涂一层厚度为1～4μm的光敏聚酰亚胺薄膜；
5)对聚酰亚胺薄膜进行光刻处理，形成聚酰亚胺薄膜孤岛和支撑桥墩，然后进行亚胺化处理；
6)在聚酰亚胺薄膜孤岛和桥墩孔的表面，利用PECVD在300℃下，沉积厚度为500nm的氮化硅，作为氮化硅支撑层5；
7)根据本发明实施例所提供的碳纳米红外吸收层的制备方法，通过磁控溅射的方法在氮化硅支撑层5上方直接常温沉积，厚度为300nm，作为第一碳纳米红外吸收层4；,
8)在第一碳纳米红外吸收层4上采用磁控溅射的方法沉积200nm的非晶硅作为热敏感层3；
9)在热敏感层3上利用磁控溅射的方法沉积200nm的钛薄膜，并通过光刻、刻蚀等方法对所沉积的钛薄膜进行图形化，形成电学通道，电学通道将热敏感层3与硅衬底上的电路结构相连。
10)在热敏感层3上利用MPECVD在350℃下，通过溶液旋涂的方法在热敏感层3的上方沉积石墨烯微片堆叠膜，厚度为300nm作为第二碳纳米红外吸收层2；
11)在第二碳纳米红外吸收层2上利用PECVD在300℃下，沉积厚度为300nm的氮化硅，作为氮化硅保护层1；
12)利用微纳加工工艺对氮化硅支撑层5、第一碳纳米红外吸收层4、热敏感层3、第二碳纳米红外吸收层2以及氮化硅保护层1进行图形化；
13)采用氧等离子体去氮化硅支撑层5底部的聚酰亚胺薄膜，形成红外吸收谐振腔9，最终构成微测辐射热计。
本实施例中，宽波段微测辐射热计可以实现3～15um的宽波段高效红外吸收，在3～5um处的红外吸收率大于75％，在在8～12um处的红外吸收率大于85％，可实现红外成像，对红外波段具有高灵敏度检测。
实施例4
本实施例的一种基于碳纳米红外吸收层的微测辐射热计，包括氮化硅保护层1、第二碳纳米红外吸收层2、热敏感层3、第一碳纳米红外吸收层4、氮化硅支撑层5、支撑桥墩6、金属反射层7、硅衬底8和红外吸收谐振腔9；
本实施例中，所述的第一碳纳米红外吸收层4位于氮化硅支撑层5的上方，热敏感层3位于第一碳纳米红外吸收层4的上方，第二碳纳米红外吸收层2位于热敏感层3的上方，氮化硅保护层1位于第二碳纳米红外吸收层2的上方；
本实施例中，所述的第一碳纳米红外吸收层4和氮化硅支撑层5构成微测辐射热计的底部红外吸收层，且与金属反射层7形成红外吸收谐振腔9，可以高效吸收红外；
本实施例中，第一碳纳米红外吸收层4的材料为碳纳米材料的复合薄膜，由石墨烯微片和碳纳米管复合而成，通过喷涂的方法在氮化硅支撑层5上方直接沉积，厚度为1000nm；
本实施例中，第二碳纳米红外吸收层2的材料为碳纳米材料的复合薄膜，由石墨烯纳米墙和碳纳米管复合而成，通过溶液旋涂的方法在热敏感层(3)的上方沉积，厚度为1000nm；
本实施例中，第一、二碳纳米红外吸收层通过光刻及氧气等离子体刻蚀的方法实现阵列图形化；
本实施例中，制备一种基于碳纳米红外吸收层的微测辐射热计的具体工艺方案包括以下步骤：
1)选用含有集成电路(ROIC)、钝化层的硅晶圆片作为硅衬底8，清洗后用氮气吹干备用；
2)在硅衬底8的表面，利用磁控溅射系统，沉积一层厚度为100～1000nm的金属铝，作为金属反射层7；
3)在金属反射层7的表面光刻出支撑桥墩6图形，刻蚀该金属反射层(7)至硅衬底8上的钝化层，形成支撑桥墩孔和金属铝孤岛；
4)在上述金属反射层7的表面，旋涂一层厚度为1～4μm的光敏聚酰亚胺薄膜；
5)对聚酰亚胺薄膜进行光刻处理，形成聚酰亚胺薄膜孤岛和支撑桥墩，然后进行亚胺化处理；
6)在聚酰亚胺薄膜孤岛和桥墩孔的表面，利用PECVD在300℃下，沉积厚度为300nm的氮化硅，作为氮化硅支撑层5；
7)根据本发明实施例所提供的碳纳米红外吸收层的制备方法，将石墨烯位片和碳纳米管按1:1的比例复合形成溶液，通过通过喷涂的方法在氮化硅支撑层5上方直接沉积，厚度为1000nm，作为第一碳纳米红外吸收层4；
8)在第一碳纳米红外吸收层4上采用PECVD的方法沉积500nm的非晶硅作为热敏感层3；
9)在热敏感层3上利用磁控溅射的方法沉积200nm的金薄膜，并通过光刻、刻蚀等方法对所沉积的金薄膜进行图形化，形成电学通道，电学通道将热敏感层3与硅衬底上的电路结构相连。
10)将石墨烯位片和碳纳米管按1:1的比例复合形成溶液，通过通过喷涂的方法在热敏感层3上方直接沉积，厚度为1000nm，作为第二碳纳米红外吸收层2；
11)在第二碳纳米红外吸收层2上利用PECVD在300℃下，沉积厚度为300nm的氮化硅，作为氮化硅保护层(1)；
12)利用微纳加工工艺对氮化硅支撑层5、第一碳纳米红外吸收层4、热敏感层3、第二碳纳米红外吸收层2以及氮化硅保护层1进行图形化；
13)采用氧等离子体去氮化硅支撑层5底部的聚酰亚胺薄膜，形成红外吸收谐振腔9，最终构成微测辐射热计。
本实施例中，宽波段微测辐射热计可以实现2～15um的宽波段高效红外吸收，在3～5um处的红外吸收率大于80％，在在8～12um处的红外吸收率大于90％，可实现红外成像，对红外波段具有高灵敏度检测。
对比例1
本对比例的一种基于碳纳米红外吸收层的微测辐射热计，由氮化硅保护层、碳纳米红外吸收层、热敏感层、氮化硅支撑层上方、支撑桥墩、金属反射层、硅衬底和红外吸收谐振腔组成；
其中，碳纳米红外吸收层位于热敏感层的上方，氮化硅保护层位于碳纳米红外吸收层的上方，热敏层位于氮化硅支撑层上方；金属反射层与氮化硅支撑层通过支撑桥墩支撑形成红外吸收谐振腔，金属反射层位于硅衬底上；
碳纳米红外吸收材料为石墨烯纳米墙，通过MPECVD在350℃下在热敏感层的上方直接沉积10nm厚的碳纳米墙作为碳纳米红外吸收层；
在氮化硅支撑层上方采用磁控溅射的方法沉积氧化钒作为热敏感层；
碳纳米红外吸收材料通过光刻及氧气等离子体刻蚀的方法实现阵列图形化；
本对比例中，微测辐射热计在3～5um处的红外吸收率小于40％，在在8～12um处的红外吸收率小于80％
对比例2
本对比例的一种微测辐射热计，由氮化硅保护层、热敏感层、氮化硅支撑层上方、支撑桥墩、金属反射层、硅衬底和红外吸收谐振腔组成；
其中，氮化硅保护层位于热敏层的上方，热敏层位于氮化硅支撑层上方；金属反射层与氮化硅支撑层通过支撑桥墩支撑形成红外吸收谐振腔，金属反射层位于硅衬底上；
在氮化硅支撑层上方采用磁控溅射的方法沉积氧化钒作为热敏感层；
碳纳米红外吸收材料通过光刻及氧气等离子体刻蚀的方法实现阵列图形化；
本对比例中，微测辐射热计在3～5um处的红外吸收率小于5％，在8～12um处的红外吸收率小于75％
对比例3
本对比例的一种微测辐射热计，由氮化硅保护层、热敏感层、氮化硅支撑层上方、支撑桥墩、金属反射层、硅衬底和红外吸收谐振腔组成；
其中，氮化硅保护层位于热敏层的上方，热敏层位于氮化硅支撑层上方；金属反射层与氮化硅支撑层通过支撑桥墩支撑形成红外吸收谐振腔，金属反射层位于硅衬底上；
在氮化硅支撑层上方采用磁控溅射的方法沉积非晶硅作为热敏感层；
碳纳米红外吸收材料通过光刻及氧气等离子体刻蚀的方法实现阵列图形化；
本对比例中，微测辐射热计在3～5um处的红外吸收率小于5％，在8～12um处的红外吸收率小于75％
对比例4
本对比例的一种微测辐射热计，由氮化硅保护层、热敏感层、碳纳米红外吸收层、氮化硅支撑层上方、支撑桥墩、金属反射层、硅衬底和红外吸收谐振腔组成；
其中，氮化硅保护层位于热敏层的上方，热敏层位于碳纳米吸收层上方，碳纳米红外吸收层位于氮化硅支撑层上方；金属反射层与氮化硅支撑层通过支撑桥墩支撑形成红外吸收谐振腔，金属反射层位于硅衬底上；
碳纳米红外吸收层为碳纳米材料的复合薄膜，由石墨烯微片和碳纳米管复合而成，通过喷涂的方法在氮化硅支撑层上方直接沉积，厚度为1000nm；
在氮化硅支撑层上方采用磁控溅射的方法沉积非晶硅作为热敏感层；
碳纳米红外吸收材料通过光刻及氧气等离子体刻蚀的方法实现阵列图形化；
本对比例中，微测辐射热计在3～5um处的红外吸收率小于50％，在8～12um处的红外吸收率小于85％
微测辐射热计功能对比表
| 实施方式 | 红外吸收范围 | 3～5um处红外吸收率 | 8～12um处红外吸收率 |
| 实施例1 | 3～15um | >75％ | >85％ |
| 对比例1 | 8～12um | ＜40％ | ＜80％ |
| 实施例2 | 3～15um | >80％ | ＞90％ |
| 对比例2 | 8～12um | ＜5％ | ＜75％ |
| 实施例3 | 3～15um | >75％ | >85％ |
| 对比例3 | 8～12um | ＜5％ | ＜75％ |
| 实施例4 | 3～15um | >80％ | ＞90％ |
| 对比例4 | 8～12um | ＜50％ | ＜85％ |
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种基于碳纳米红外吸收层的微测辐射热计，其特征在于，包括氮化硅支撑层（5），所述氮化硅支撑层（5）向上依次为第一碳纳米红外吸收层（4），热敏感层（3），第二碳纳米红外吸收层（2）和氮化硅保护层（1）；
所述第二碳纳米红外吸收层（2）和氮化硅保护层（1）构成微测辐射热计的顶部红外吸收层；所述第一碳纳米红外吸收层（4）和氮化硅支撑层（5）构成微测辐射热计的底部红外吸收层，底部红外吸收层与金属反射层（7）之间通过支撑桥墩（6）形成红外吸收谐振腔（9）；所述金属反射层（7）位于硅衬底（8）之上；所述顶部红外吸收层和所述底部红外吸收层位于热敏感层（3）上下两侧并形成对称的红外吸收层。
2.根据权利要求 1 所述的基于碳纳米红外吸收层的微测辐射热计，其特征在于，所述第一碳纳米红外吸收层（4）和第二碳纳米红外吸收层（2）各选自石墨烯纳米墙、三维多孔碳纳米材料、碳纳米管、石墨烯微片堆叠膜或者碳纳米材料的复合薄膜中的一种，厚度为10nm~1000nm。
3.根据权利要求 1 或 2 所述的基于碳纳米红外吸收层的微测辐射热计，其特征在于，所述热敏感层（3）的材料为非晶硅(α-Si)或氧化钒 (VOx)，厚度为50nm~500nm。
4.根据权利要求 1 或 2 所述的基于碳纳米红外吸收层的微测辐射热计，其特征在于，所述第一碳纳米红外吸收层（4）和第二碳纳米红外吸收层（2）的厚度均为 10nm~1000nm。
5.根据权利要求 1 或 2 所述的基于碳纳米红外吸收层的微测辐射热计，其特征在于，所述氮化硅支撑层（5）的厚度为 50nm~500nm。
6.根据权利要求 1 或 2 所述的基于碳纳米红外吸收层的微测辐射热计，其特征在于，所述的支撑桥墩（6）里面包含电学通道，电学通道将热敏感层（3）与硅衬底上的电路结构相连。
7.根据权利要求 2 所述的基于碳纳米红外吸收层的微测辐射热计，其特征在于，所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，管径为 1nm~50nm。
8.根据权利要求 2 所述的基于碳纳米红外吸收层的微测辐射热计，其特征在于，所述石墨烯微片的粒径为 50nm~5um。
9.根据权利要求 1 所述基于碳纳米红外吸收层的微测辐射热计的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
选用含有集成电路的硅衬底(8)，预处理备用；
在硅衬底 (8)表面沉积一层金属铝作为金属反射层(7)；
在金属反射层(7)的表面光刻出支撑桥墩(6)图形，刻蚀该金属反射层(7)至硅衬底(8)上的钝化层，形成支撑桥墩孔和金属铝孤岛 ；
在金属反射层(7)的表面，旋涂一层光敏聚酰亚胺薄膜；
对聚酰亚胺薄膜进行光刻处理，形成聚酰亚胺薄膜孤岛和支撑桥墩，然后进行亚胺化处理；
在聚酰亚胺薄膜孤岛和桥墩孔的表面，沉积氮化硅作为氮化硅支撑层(5)；
在氮化硅支撑层(5)上形成第一碳纳米红外吸收层(4)；
在第一碳纳米红外吸收层(4)上沉积热敏感层(3)；
在热敏感层(3)上沉积导电金属薄膜，并通过光刻、刻蚀等方法对所沉积的导电金属薄膜进行图形化，形成电学通道，电学通道将热敏感层(3)与硅衬底(8)上的电路结构相连；
在热敏感层(3)上形成第二碳纳米红外吸收层(2)；
在第二碳纳米红外吸收层(2)上沉积氮化硅作为氮化硅保护层(1)；
利用微纳加工工艺对氮化硅支撑层(5)、第一碳纳米红外吸收层(4)、热敏感层(3)、第二碳纳米红外吸收层(2)以及氮化硅保护层(1)进行图形化；
采用氧等离子体去氮化硅支撑层(5)底部的聚酰亚胺薄膜，形成红外吸收谐振腔(9)，最终构成微测辐射热计。
10.根据权利要求 9 所述制备方法，其特征在于，所述第一碳纳米红外吸收层（4）和第二碳纳米红外吸收层（2）各选自石墨烯纳米墙、三维多孔碳纳米材料、碳纳米管、石墨烯微片堆叠膜或者碳纳米材料的复合薄膜中的一种；
所述石墨烯纳米墙直接沉积于目标基底上或者先生长后转移至目标基底上；
所述三维多孔碳纳米材料通过真空沉积工艺在目标基底上直接低温沉积制备而成；
所述碳纳米管直接沉积于目标基底上或者先生长后转移至目标基底上；
石墨烯微片堆叠膜由石墨烯微片溶液在目标基底上成膜制备而成。
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