CN107478343B - 辐射计及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种辐射计及其制造方法，所述辐射计包括：辐射计单元，所述辐射计单元包括：衬底，所述衬底具有相对的第一表面和第二表面；位于衬底第一表面一侧的第一凹槽；悬梁，所述悬梁包括梁臂和锚点，所述梁臂悬空于第一凹槽上方，所述锚点位于衬底第一表面上；位于所述梁臂一侧侧壁表面的吸收层；位于所述衬底第二表面一侧的第二凹槽，所述第一凹槽与第二凹槽贯通，所述第二凹槽位于所述梁臂的纵向投影内。上述辐射计的体积较小。
Description
技术领域
本发明涉及微机电系统技术领域，尤其涉及一种辐射计及其制造方法。
背景技术
克鲁克斯辐射计是用来检测光和热辐射的器件，一个密封的玻璃球壳，包括真空的一部分，在玻璃体内装有一个由上下两个玻璃凹坑作为轴承的直立轴，轴的上部相隔90°有四个与主轴平行的金属片作成的叶片，通过细钢丝与主轴垂直相连，金属片的两侧面分别为白色及黑色，当有足够强的光线或热辐射照射到叶片上时，叶片就开始绕直立轴转动，辐射越强，转速越快。
按照辐射理论，黑面吸收热和光辐射，白面反射热和光辐射，由于叶片对其表面附近的气体分子加热，使黑色表面附近的气体温度较高，因此分子运动速度较大。由于气体分子运动时对黑色叶片表面的反作用力比白色一面大，因此使叶片旋转，并且旋转方向为黑色向白色一面转动。
传统的克鲁克斯辐射计体积较大，应用场景较少，且容易受到外力损坏。所以，现有辐射计的体积需要进一步的减小。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种辐射计及其制造方法，以制造小尺寸的辐射计。
为了解决上述问题，本发明提供了一种辐射计，包括：一种辐射计，其特征在于，包括：辐射计单元，所述辐射计单元包括：衬底，所述衬底具有相对的第一表面和第二表面；位于衬底第一表面一侧的第一凹槽；悬梁，所述悬梁包括悬梁和锚点，所述悬梁悬空于第一凹槽上方，所述锚点位于衬底第一表面上；位于所述悬梁一侧侧壁表面的吸收层；位于所述衬底第二表面一侧的第二凹槽，所述第一凹槽与第二凹槽贯通，所述第二凹槽位于所述悬梁的纵向投影内。
可选的，所述辐射计单元还包括两个挡块，所述两个挡块分别位于梁臂的两侧，所述挡块部分位于衬底第一表面，部分位于牺牲层表面。
可选的，所述第一凹槽平行于衬底第一表面的截面图形为半圆形、正方形、矩形或扇形。
可选的，所述梁臂的宽度为0.5μm～10μm。
可选的，所述吸收层的厚度为10nm～1μm。
可选的，所述吸收层的材料包括无定型碳、铬或锰。
可选的，所述衬底第二表面设置于图像传感器上方，所述第二凹槽位于图像传感器的感光区域上方。
可选的，还包括：设置于衬底的第一表面上方的分光片，用于反射可见光。
可选的，所述分光片与衬底的第一表面之间呈45°夹角。
可选的，还包括封装壳体，所述衬底位于封装壳体内，所述封装壳体内的压强为0.1Pa～100Pa。
可选的，还包括镶嵌于封装壳体顶部的透镜。
可选的，包括多个辐射计单元，所述多个辐射计单元呈阵列分布。
本发明的技术方案还提供一种辐射计的制造方法，包括：提供衬底，所述衬底具有相对的第一表面和第二表面；从第一表面刻蚀所述衬底，在所述衬底内形成第一凹槽；在所述第一凹槽内形成牺牲层，所述牺牲层表面与衬底第一表面齐平；形成悬梁，所述悬梁包括悬梁和锚点，所述梁臂位于牺牲层表面，所述锚点位于衬底第一表面上；在所述梁臂一侧侧壁表面形成吸收层；从第二表面刻蚀所述衬底，在所述衬底内形成第二凹槽，所述第一凹槽与第二凹槽贯通，所述第二凹槽位于梁臂正下方，且宽度小于或等于梁臂的宽度；去除所述牺牲层，使所述梁臂悬空。
可选的，所述悬梁的形成方法包括：在所述衬底第一表面和牺牲层表面形成悬梁材料层；对所述悬梁材料层进行图形化，形成所述悬梁。
可选的，对所述悬梁材料层进行图形化形成悬梁的同时，形成两个挡块，所述挡块部分位于衬底第一表面上，部分位于牺牲层表面，所述两个挡块分别位于梁臂的两侧。
本发明的辐射计中，悬空的梁臂侧壁表面具有吸收层，在吸收辐射之后，能够使得梁臂发生弯曲，暴露出梁臂下方的第二凹槽，从而通过测量第二凹槽透过的光强大小就可以判断辐射计吸收到的辐射能量的大小，所述辐射计体积小，应用场景更广泛。
附图说明
图1至图12是本发明一具体实施方式的辐射计的制造过程的结构示意图；
图13是本发明一具体实施方式的辐射计的梁臂发生弯曲后的示意图；
图14是本发明一具体实施方式的辐射计的结构示意图；
图15是本发明一具体实施方式的辐射计梁臂未发生弯曲的剖面示意图；
图16是本发明一具体实施方式的辐射计梁臂发生弯曲后的剖面示意图；
图17是本发明一具体实施方式的辐射计的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的辐射计及其制造方法的具体实施方式做详细说明。
本发明的具体实施方式提供一种辐射计的制造方法。
请参考图1和图2，提供衬底100，所述衬底100具有第一表面100a和第二表面100b，从第一表面100a刻蚀所述衬底100，在所述衬底100内形成第一凹槽101。图2为形成所述第一凹槽101之后的俯视示意图，图1为沿图2中割线AA’的剖面示意图。后续附图均以图1和图2为基础，不再赘述。
所述衬底100的材料包括硅、锗、锗化硅、砷化镓等半导体材料，所述半导体衬底100也可以是复合结构如绝缘体上硅等。本领域的技术人员可以根据衬底100上形成的器件选择所述衬底100的类型，因此所述衬底100的类型不应限制本发明的保护范围。本实施例中，所述衬底100的材料为单晶硅。
所述衬底100具有相对的两个第一表面100a和第二表面100b，从第一表面100a刻蚀所述衬底100，形成所述第一凹槽101。具体的，所述第一凹槽101的形成方法包括：在所述衬底100的第一表面100a上形成图形化掩膜层，所述图形化掩膜层暴露出部分第一表面100a；以所述图形化掩膜层为掩膜，采用干法刻蚀工艺刻蚀所述衬底100，形成第一凹槽101。所述干法刻蚀工艺可以是等离子体刻蚀工艺，采用CF4和Cl2作为刻蚀气体。
作为本发明的一个具体实施方式，所述第一凹槽101平行于第一表面100a的截面图形为半圆形。在本发明的其他实施例中，所述第一凹槽101平行于第一表面100a的截面还可以是正方形、矩形或扇形。
请参考图3和图4，在所述第一凹槽101(请参考图1)内形成牺牲层201，所述牺牲层201表面与衬底100的第一表面100a齐平。图3为沿图4中割线BB’的剖面示意图。
所述牺牲层201的材料可以是光刻胶、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或碳氧化硅等与衬底100不同的材料。本发明的一个具体实施方式中，所述牺牲层201的材料为氧化硅，可以采用化学气相沉积工艺在填充满所述第一凹槽101并覆盖衬底第一表面101a的氧化硅层之后，对所述氧化硅层进行平坦化，去除位于第一表面101a表面的氧化硅，使位于所述第一凹槽101内的氧化硅层与第一表面101a表面齐平。作为本发明的另一具体实施方式，所述牺牲层201的材料为光刻胶，可以采用旋涂工艺形成所述牺牲层201。
请参考图5和图6，形成悬梁300，所述悬梁300包括梁臂301和锚点302，所述梁臂301位于牺牲层201表面，所述锚点302位于衬底100的第一表面100a上。图5为沿图6中割线BB’的剖面示意图。
所述悬梁300的形成方法包括：形成覆盖所述牺牲层201和衬底100的第一表面100a的悬梁材料层；刻蚀所述悬梁材料层，以对所述悬梁材料层进行图形化，形成所述悬梁300。
作为本发明的一个具体实施方式，所述悬梁300为长条形，梁臂301的宽度与锚点302的宽度一致。在本发明的其他实施方式中，所述锚点302的宽度还可以大于所述梁臂301的宽度，提高所述悬梁300的稳固性。
如果所述梁臂301的宽度过小，则后续在测量热辐射的过程中，梁臂301容易发生不可恢复的形变；如果梁臂301的宽度过大，则后续在测量热辐射的过程中，梁臂301不易发生弯曲，导致测量误差较大。作为本发明的一个具体实施方式，所述梁臂301的宽度为0.5μm～10μm，以使得所述梁臂301既不易发生不可恢复的形变，又能及时产生弯曲。
所述梁臂301的长度略小于第一凹槽101(请参考图2)截面的半径，使得所述梁臂301完全位于牺牲层201表面，后续去除所述牺牲层201之后，所述梁臂301在第一凹槽101上方能够完全悬空。
所述悬梁300的材料与衬底100、牺牲层201的材料均不同，为导热性能较低，具有较高隔热性能的材料。作为本发明的一个具体实施方式，所述悬梁300的材料为多晶硅。在本发明的其他实施方式中，所述悬梁300的材料还可以是金属，例如铝、镍或铁等。
作为本发明的一个具体实施方式，对悬梁材料层进行图形化形成悬梁300的同时，还形成挡块303，所述挡块303部分位于衬底第一表面100a上，部分位于牺牲层201表面。作为一个具体实施方式，所述挡块303数量为两个，分别位于梁臂301的两侧，用于阻挡梁臂301发生过度弯曲。所述挡块303的材料与梁臂301的悬梁一致。可以提前设定梁臂301的弯曲方向，在梁臂301弯曲方向上的挡块与梁臂301之间的距离较大，以提供足够的空间使得梁臂301发生弯曲。
请参考图7和图8，在所述梁臂301一侧侧壁表面形成吸收层304。图7为沿图8中割线BB’的剖面示意图。
形成所述吸收层304的方法包括：形成覆盖所述衬底100、牺牲层201和悬梁300的吸收材料层；对所述吸收材料层进行图形化，保留梁臂301一侧侧壁表面的吸收材料层，作为吸收层304。具体的，可以采用溅射工艺形成所述吸收材料层。本实施方式中，所述吸收层304还同时覆盖锚点302的一侧侧壁，在本发明的其他具体实施方式中，仅在梁臂301的一侧侧壁上形成所述吸收层304。
所述吸收层304对光和热辐射具有较高吸收能力，一般为黑色物质，具体的可以包无定型碳、铬或锰等材料。
具体的，在与设定的梁臂301的弯曲方向相对的侧壁上形成所述吸收层304，即后续所述梁臂301将从有吸收层304的一侧向另一侧发生弯曲。这是由于在测量辐射过程中，吸收层304一侧将会吸收较多的热量，使吸收层304附近的气体分子热运动加剧，撞击所述梁臂301，使得梁臂301向另一侧发生弯曲。
所述吸收层304需要具有足够的厚度，能够在短时间内吸收足够的热量，使梁臂301发生弯曲；同时又要避免所述吸收层304的厚度过大，导致梁臂301发生弯曲需要的应力较大，而不易对较低能量的辐射进行测量。在本发明的一个具体实施方式中，所述吸收层304的厚度为10nm～1μm。
请参考图9和图10，从第二表面100b刻蚀所述衬底100，在所述衬底100内形成第二凹槽102，所述第一凹槽101与第二凹槽102贯通，所述第二凹槽102位于梁臂301的纵向投影内。图9为形成所述第二凹槽102之后的剖面示意图，图10为形成第二凹槽102之后的第二表面100b的俯视示意图。
采用干法刻蚀工艺刻蚀所述第二表面100b，形成第二凹槽102，使所述第二凹槽102与第一凹槽101贯通。
所述第二凹槽102位于梁臂301正下方，且宽度小于或等于梁臂301的宽度，从而使得第二凹槽102位于梁臂301的纵向投影内，所述梁臂301能够将第二凹槽102完全遮挡。
请参考图11和图12，去除所述牺牲层201，使所述梁臂301悬空。
可以采用湿法刻蚀工艺去除所述牺牲层201，所述湿法刻蚀的溶液可以是氢氟酸溶液或硝酸溶液。
在测量辐射源能量的同时，可以在辐射计一侧放置可见光源。所述梁臂301在接受辐射源照射时，梁臂301侧壁的吸收层304接收辐射能量，温度升高，而梁臂301本身的导热性能较差，温度较低。吸收层304周围的气体分子受热，运动加剧，撞击吸收层304，使得梁臂301向与吸收层304相对的另一侧发生弯曲，暴露出第二凹槽102，使得可见光能够透过所述第二凹槽102，请参考图13。辐射源能量越大，梁臂301弯曲程度越大，暴露出的第二凹槽102的面积越大，从而第二凹槽102透过的可见光光强越大，从而可以通过测量透过光强的大小，对辐射能量进行测量。
请参考图14，将所述衬底100的第二表面100b设置于图像传感器400上方，所述第二凹槽102位于图像传感器400的感光区域上方。
所述图像传感器400可以是CMOS图像传感器或CCD图像传感器。
所述第二凹槽102位于图像传感器400的感光区域上方，透过第二凹槽102的可见光照射到图像传感器400的感光区域上方，通过图像传感器400将光信号转换成电信号，从而可以通过电信号大小衡量可见光强度大小。辐射计接收到的辐射能量越大，梁臂301弯曲程度越大，暴露出第二凹槽102越大，从而透过所述第二凹槽102到达图像传感器400的光强越大，所述图像传感器输出的电信号越大。
请参考图15，在衬底100的第一表面100a上方设置分光片500，用于反射可见光，过滤红外光。
所述分光片500可以透过红外光，而对可见光进行全反射，从而可以对入射光进行过滤，仅有可见光进入辐射计，避免红外光影响对辐射源能量测量的准确性。
作为本发明的一个具体实施方式，所述分光片500与衬底第一表面100a之间呈45°夹角，使得水平入射的光线，能够垂直照射所述梁臂301所在位置。
当所述辐射计没有接受到辐射时，梁臂301遮挡第二凹槽102，入射光被阻挡，无法进入第二凹槽102；当所述辐射计接受到辐射时，梁臂301发生弯曲，暴露出第二凹槽102，入射光透过第二凹槽102，照射到图像传感器400上(请参考图15)。
作为本发明的一个具体实施方式，还包括进行真空封装，使得衬底100和图像传感器400以及分光片500等均位于封装壳体的空腔内，所述封装壳体可以是透明壳体，便于可见光入射；或者所述封装壳体上具体有透明窗口，可使可见光透过。所述封装壳体空腔内的压强为0.1Pa～100Pa，所述压强如果过低，会导致空腔内气体分子数量过少，无法通过热运动撞击梁臂301，使悬梁弯曲；如果空腔内的压强较大，空腔内的气体分子数量较多，梁臂301会受到较多的气体阻力，无法发生弯曲。
请参考图16，作为本发明的一个具体实施方式，还可以采用上述方法制造多个辐射计单元402，所述辐射计单元402呈阵列分布，入射光通过分光片501反射后，使可见光照射辐射计单元402，可以用于测量较大面积的辐射源403的辐射能量，辐射源403不同位置的辐射能量不同，相应的不同位置处的辐射计单元402接收到的辐射能量也不同，从而透过所述辐射计单元到达图像传感器401的光强也不同，从而可以通过图像传感器401输出的电信号强度，判断辐射源403的形状，以及辐射能量的分布情况。进一步的，所述图像传感器401还可以根据接收到的光信号，对辐射源403成像。
作为本发明的一个具体实施例，还可以在辐射计与辐射源之间设置透镜，从而对辐射源发出的红外光或微波等进行汇聚，使辐射计能够接收到辐射源各个位置发出的辐射能量，具体的所述透镜可以镶嵌在封装壳体的顶部。
本发明的具体实施方式还提供一种辐射计。
所述辐射计包括辐射计单元，请参考图10～图12为所述辐射计单元的示意图。
所述辐射计单元包括：衬底100，所述衬底100具有相对的第一表面100a和第二表面100b；位于衬底100第一表面100a一侧的第一凹槽101；悬梁300，所述悬梁300包括梁臂301和锚点302，所述梁臂301悬空于第一凹槽101上方，所述锚点302位于衬底100第一表面100a上；位于所述悬梁300一侧侧壁表面的吸收层304；位于所述衬底100的第二表面100b一侧的第二凹槽102，所述第一凹槽101与第二凹槽102贯通，所述第二凹槽102位于所述梁臂301正下方，且宽度小于或等于梁臂301的宽度。
所述衬底100的材料包括硅、锗、锗化硅、砷化镓等半导体材料，所述半导体衬底100也可以是复合结构如绝缘体上硅等。本领域的技术人员可以根据衬底100上形成的器件选择所述衬底100的类型，因此所述衬底100的类型不应限制本发明的保护范围。本实施例中，所述衬底100的材料为单晶硅。
所述第一凹槽101平行于第一表面100a的截面图形为半圆形。在本发明的其他实施例中，所述第一凹槽101平行于第一表面100a的截面还可以是正方形、矩形或扇形。
作为本发明的一个具体实施方式，所述悬梁300为长条形，梁臂301的宽度与锚点302的宽度一致。在本发明的其他实施方式中，所述锚点302的宽度还可以大于所述梁臂301的宽度，提高所述悬梁300的稳固性。如果所述梁臂301的宽度过小，则后续在测量热辐射的过程中，梁臂301容易发生不可恢复的形变；如果梁臂301的宽度过大，则后续在测量热辐射的过程中，梁臂301不易发生弯曲，导致测量误差较大。作为本发明的一个具体实施方式，所述梁臂301的宽度为0.5μm～10μm，以使得所述梁臂301既不易发生不可恢复的形变，又能及时产生弯曲。
所述梁臂301的长度略小于第一凹槽101截面的半径，使得梁臂301在第一凹槽101上方能够完全悬空。
所述悬梁300的材料为导热性能较低，具有较高隔热性能的材料。作为本发明的一个具体实施方式，所述悬梁300的处理为多晶硅。在本发明的其他实施方式中，所述悬梁300的材料还可以是金属，例如铝、镍或铁等。
所述辐射计单元还包括挡块303，所述挡块303部分位于衬底100第一表面100a，部分悬空。作为一个具体实施方式，所述挡块303数量为两个，分别位于梁臂301的两侧，用于阻挡梁臂301发生过度弯曲。所述挡块303的材料与梁臂301的悬梁一致。可以提前设定梁臂301的弯曲方向，在梁臂301弯曲方向上的挡块与梁臂301之间的距离较大，以提供足够的空间使得悬梁发生弯曲。
所述吸收层304对光和热辐射具有较高吸收能力，一般为黑色物质，具体的可以包无定型碳、铬或锰等材料。
具体的，所述吸收层304位于梁臂301的弯曲方向相对的侧壁上，即后续所述梁臂301将从形成有吸收层304的一侧向另一侧发生弯曲。这是由于在测量辐射过程中，吸收层304一侧将会吸收较多的热量，使吸收层304附近的气体分子热运动加剧，撞击所述梁臂301，使得梁臂301向另一侧发生弯曲。
所述吸收层304需要具有足够的厚度，能够在短时间内吸收足够的热量，使梁臂301发生弯曲；同时又要避免所述吸收层304的厚度过大，导致梁臂301发生弯曲需要的应力较大，而不易对较低能量的辐射进行测量。在本发明的一个具体实施方式中，所述吸收层304的厚度为10nm～1μm。
所述第二凹槽102与第一凹槽101贯通，所述第二凹槽102位于梁臂301正下方，且宽度小于或等于梁臂301的宽度，从而使得梁臂301能够将第二凹槽102完全遮挡。图10为第二表面100b的俯视示意图。
所述梁臂301在接受辐射源照射时，梁臂301侧壁的吸收层304接收辐射源能量，温度升高，而梁臂301本身的导热性能较差，温度较低。吸收层304周围的气体分子受热，运动加剧，撞击吸收层304，使得梁臂301向与吸收层304相对的另一侧发生弯曲，暴露出第二凹槽102，使得可见光能够透过所述第二凹槽102，请参考图13。所述辐射源光能量越大，梁臂301弯曲程度越大，暴露出的第二凹槽102的面积越大。
请参考图14作为本发明的一个具体实施方式，所述衬底100第二表面100b设置于图像传感器400上方，所述第二凹槽102位于图像传感器400的感光区域上方。
所述图像传感器400可以是CMOS图像传感器或CCD图像传感器。
所述第二凹槽102位于图像传感器400的感光区域上方，透过第二凹槽102的可见光照射到图像传感器400的感光区域上方，通过图像传感器400将光信号转换成电信号，从而可以通过电信号大小衡量可见光强度大小。辐射计接收到的辐射能量越大，梁臂301弯曲程度越大，暴露出第二凹槽102越大，从而透过所述第二凹槽102到达图像传感器400的光强越大，所述图像传感器400输出的电信号越大。
请参考图15，还包括设置于在衬底100的第一表面100a上方的分光片500，用于反射可见光。
所述分光片500可以透过红外光，而对可见光进行全反射，从而可以对入射光进行过滤，仅有可见光进入辐射计，避免红外光对测量结果产生影响。
作为本发明的一个具体实施例，所述分光片500与衬底第一表面100a之间呈45°夹角，使得水平入射的光线，能够垂直照射所述梁臂301所在位置。
当所述辐射计没有接受到辐射时，梁臂301遮挡第二凹槽102，入射光被阻挡，无法进入第二凹槽102；当所述辐射计接受到辐射时，梁臂301发生弯曲，暴露出第二凹槽102，入射光透过第二凹槽102，照射到图像传感器400上(请参考图15)。
作为本发明的一个具体实施方式，所述辐射计还包括封装壳体，所述衬底100位于封装壳体内，所述封装壳体内的压强为0.1Pa～100Pa，既使得封装壳体内有足够的气体分子，能够通过热运动撞击梁臂301，使梁臂301弯曲；又避免气体分子数量过多，使梁臂301会受到较多的气体阻力，无法发生弯曲。
请参考图16，作为本发明的一个具体实施方式，所述辐射计还包括多个辐射单元402，所述辐射计单元402呈阵列分布，入射光通过分光片501反射后，使可见光照射辐射计单元402，可以用于测量较大面积的辐射源403的辐射能量，所述分光片501也可以是一个完整的分光片。辐射源403不同位置的辐射能量不同，相应的不同位置处的辐射计单元接收到的辐射能量也不同，从而透过所述辐射计单元到达图像传感器401的光强也不同，从而可以通过图像传感器401输出的电信号强度，判断辐射源403的形状，以及辐射能量的分布情况。进一步的，所述图像传感器401还可以根据接收到的光信号，对辐射源403成像。
作为本发明的一个具体实施例，辐射计与辐射源403之间还设置有透镜，从而对辐射源403发出的红外光或微波等进行汇聚，使辐射计能够接收到辐射源403各个位置发出的辐射能量。所述透镜可以镶嵌在封装壳体的顶部。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种辐射计，其特征在于，包括：辐射计单元，所述辐射计单元包括：
衬底，所述衬底具有相对的第一表面和第二表面；
位于衬底第一表面一侧的第一凹槽；
悬梁，所述悬梁包括梁臂和锚点，所述梁臂悬空于第一凹槽上方，所述锚点位于衬底第一表面上；
位于所述梁臂一侧侧壁表面的吸收层；
位于所述衬底第二表面一侧的第二凹槽，所述第一凹槽与第二凹槽贯通，所述第二凹槽位于所述梁臂的纵向投影内。
2.根据权利要求1所述的辐射计，其特征在于，所述辐射计单元还包括两个挡块，所述两个挡块分别位于梁臂的两侧，所述挡块部分位于衬底第一表面，部分位于牺牲层表面。
3.根据权利要求1所述的辐射计，其特征在于，所述第一凹槽平行于衬底第一表面的截面图形为半圆形、正方形、矩形或扇形。
4.根据权利要求1所述的辐射计，其特征在于，所述梁臂的宽度为0.5μm～10μm。
5.根据权利要求1所述的辐射计，其特征在于，所述吸收层的厚度为10nm～1μm。
6.根据权利要求5所述的辐射计，其特征在于，所述吸收层的材料包括无定型碳、铬或锰。
7.根据权利要求1所述的辐射计，其特征在于，所述衬底第二表面设置于图像传感器上方，所述第二凹槽位于图像传感器的感光区域上方。
8.根据权利要求1所述的辐射计，其特征在于，还包括：设置于衬底的第一表面上方的分光片，用于反射可见光。
9.根据权利要求8所述的辐射计，其特征在于，所述分光片与衬底的第一表面之间呈45°夹角。
10.根据权利要求1所述的辐射计，其特征在于，还包括封装壳体，所述衬底位于封装壳体内，所述封装壳体内的压强为0.1Pa～100Pa。
11.根据权利要求10所述的辐射计，其特征在于，还包括镶嵌于封装壳体顶部的透镜。
12.根据权利要求1所述的辐射计，其特征在于，包括多个辐射计单元，所述多个辐射计单元呈阵列分布。
13.一种辐射计的制造方法，其特征在于，包括：
提供衬底，所述衬底具有相对的第一表面和第二表面；
从第一表面刻蚀所述衬底，在所述衬底内形成第一凹槽；
在所述第一凹槽内形成牺牲层，所述牺牲层表面与衬底第一表面齐平；
形成悬梁，所述悬梁包括梁臂和锚点，所述梁臂位于牺牲层表面，所述锚点位于衬底第一表面上；
在所述梁臂一侧侧壁表面形成吸收层；
从第二表面刻蚀所述衬底，在所述衬底内形成第二凹槽，所述第一凹槽与第二凹槽贯通，所述第二凹槽位于梁臂的正向投影内；
去除所述牺牲层，使所述梁臂悬空。
14.根据权利要求13所述辐射计的制造方法，其特征在于，所述悬梁的形成方法包括：在所述衬底第一表面和牺牲层表面形成悬梁材料层；对所述悬梁材料层进行图形化，形成所述悬梁。
15.根据权利要求14所述的辐射计的制造方法，其特征在于，对所述悬梁材料层进行图形化形成悬梁的同时，形成两个挡块，所述挡块部分位于衬底第一表面上，部分位于牺牲层表面，所述两个挡块分别位于梁臂的两侧。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101402445A (zh) * | 2008-11-04 | 2009-04-08 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 自对准制作微结构的方法及其制作的红外热电堆探测器 |
| CN202329818U (zh) * | 2011-11-18 | 2012-07-11 | 华中科技大学 | 一种非致冷红外探测装置 |
| CN102620840A (zh) * | 2012-03-29 | 2012-08-01 | 江苏物联网研究发展中心 | 一种晶圆级封装的红外焦平面阵列器件及其制造方法 |
| CN104048764A (zh) * | 2013-03-12 | 2014-09-17 | 株式会社理光 | 背面照射型的红外传感器 |
| GB2513170A (en) * | 2013-04-18 | 2014-10-22 | Univ Ljubljana | A detection system and a method of making a detection system |
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