CN110100160A - 电磁辐射探测器、特别是红外辐射探测器以及制造所述探测器的方法 - Google Patents
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Abstract
该红外辐射探测器包括：基本辐射热测量探测器的成像像素阵列，各基本辐射热测量探测器由以下构成：辐射热测量膜片(1)，所述辐射热测量膜片包括由氧化钒VOx制成的膜(5)，其电阻率在6Ω·cm至50Ω·cm之间，所述膜片悬挂在衬底(4)上方，所述衬底(4)集成了用于读出由所述基本探测器所产生信号和用于顺序寻址所述基本探测器的信号的电路；至少一种吸气剂，其旨在捕获在形成所述探测器期间或之后的残余气体；气密密封的腔体，在其中容纳所述像素阵列和所述至少一种吸气剂，所述腔体的上盖包括对红外辐射透明的窗口，所述盖借助密封件被密封到支撑基本探测器的像素阵列的芯片或被密封到底部已连接支撑基本探测器像素阵列的芯片的封装体，所述腔体处于真空或低压下。
Description
技术领域
本发明涉及红外成像。更具体地，本发明涉及集成了辐射热测量探测器的电磁辐射探测器的制造，特别是红外辐射探测器的制造。
背景技术
在红外探测器领域中，已知使用以阵列布置并且能够在环境温度下操作(即，不需要在非常低的温度下冷却)的装置，与需要在非常低的温度下(通常是液氮的温度)操作的称为“量子探测器”的成像装置相反。
这种非致冷探测器通常利用在300K附近的根据温度的适当材料的物理量的变化。在辐射热测量探测器的情况下，物理量是电阻率。
这类非致冷探测器通常关联：
-用于吸收红外辐射并用于将其转化为热量的装置，
-用于热隔离所述探测器以使其能够在红外辐射的作用下发热的装置，
-温度测量装置，在辐射热测量探测器的情况下，其使用由电极和由称为“热敏电阻”的敏感材料元件形成的电阻元件，
-和用于读出由温度测量装置提供的电信号的装置。
红外辐射吸收和温度测量装置集成在衬底上方的从隔热装置悬挂的膜片中，在衬底中布置有读出装置，特别是读出集成电路ROIC。隔热装置通常由夹紧在导电性柱上的窄的梁(目前称为“臂”)形成。
探测器通常以一维或二维基本探测器阵列的形式制造，所述阵列以所谓的单片形式形成，或者转移到衬底上，后者通常以基于硅技术的CMOS形成(“Complementary MetalOxide Semi-conductor(互补金属氧化物半导体)”)，具有形成在其中的用于顺序寻址基本探测器的装置，以及用于将由基本探测器形成的电信号电激励的装置和预处理的装置。
将组件放置在气密密封的腔室中，通常是在非常低的压力下的封装体(package)中，以使周围气体的热传导完全可忽略不计。为了通过这种类型的探测器获得场景，通过适合的光学系统将所述场景投射在基本探测器阵列上，并且通过读出电路将时钟电刺激施加到每个基本探测器或这些探测器的每一行，能够产生形成由每个基本探测器所达到的温度的图像的电信号。
所述信号或多或少由读出电路精心处理，然后可能由封装体外部的电子设备处理，以产生观察到的场景的热图像。
因此，这种类型的探测器的关键元件之一在于温度测量装置，其通常由限定在薄膜中以及每个微探测器(或像素)的结构体中的表面元件形成，以将任何温度变化转换成它传导的电流的变化。
因此，微探测器的电阻Rb可以根据热敏电阻材料的电阻率ρ由以下关系式表示：
其中L、w和e分别表示传导电流的热敏电阻材料的元件(通常是平行六面体)的长度、宽度和厚度。
在恒定电压Vpol下偏置的电阻Rb的所述微探测器的响应度表示与场景温度变化δTSC相关的输出信号变化δS，根据以下通常关系式：
其中：
-A是基本敏感点(探测器像素)的总面积，
-ε是辐射热测量计的通用光吸收效率，
-TCR(“Temperature Coefficient of Resistance(电阻的温度系数)”的首字母缩写词)代表形成接近操作温度的辐射热测量计的敏感部分的材料的电阻率的变化系数，
-Rth是膜片和衬底(即保持臂的衬底)之间的热阻，
-PT1是源自温度T1处的场景、在频谱上积分(通常为8-14μm，即远红外波段或LWIR)，并且在由所使用的光学系统表征的立体角内的入射辐射功率。
-PT2为PT1的用于高于T1的场景温度T2的等价物。
-Tint是通过表征读出电路的模拟放大器(或对于“跨阻抗放大器(TransImpedance Amplifier)”为CTIA)的电容Cint，流过微探测器的电流的积分时间。
关系式(1)和(2)表明，每个微探测器的响应度与“热敏电阻”材料的固有特性，即其电阻率ρ和其TCR，直接相关。应该注意，这两个参数是相互依赖的。
因此，有必要选择适合与制造相关的技术限制的TCR-ρ对，以及目标性能。在整个技术集成过程中保持这些参数决定了获得与工业要求相适应的性能和效率。
在所使用的热敏电阻材料中，可以主要区分非晶硅和氧化钒(VOx)。已知后者通常具有非常无序或甚至无定形的结构(参见例如，Bryan D.Gauntt的论文“The nano-composite nature of Vanadium oxide thin-films for use in InfraredMicrobolometers”–2011年5月)。根据定义，这些材料不处于热力学平衡，并且可能在所涉及的热应力的作用下变化。由于可调节的电阻率，高TCR系数和低噪声水平，VOx材料在辐射热测量探测器的一般背景下特别相关。
因此，如果在30℃下测量的VOx的电阻率高于0.1Ω·cm，则通常可以获得大于或等于2％的TCR值。对于设置在低于该阈值的电阻率，TCR的低值不再能够保证探测器特性处于足够的水平。
此外，高电阻率通过引起微探测器的电阻Rb的升高而不利地影响微探测器的响应度为了定义最大电阻率的值(超过该值，微探测器的响应度将变得太低)，可以执行等式(2)的数值应用。响应度反映了探测器传递的信号与场景中观察到的1度对比度的偏差。为了产生高质量的图像，响应度通常在5到15mV/度的范围内。
考虑到2mV/度的值是最小值(低于该值，图像将因缺乏对比度而非常劣化，并因此使得不可利用)，等式(2)使得能够确定最大电阻Rb，并且考虑到具有200纳米厚度的方形热敏电阻(w＝L)，能够从中推导出与方程(1)的相关电阻率。
除了由厚膜沉积引起的工业问题外，悬挂的质量限制了探测器的快速性。厚度大于200纳米的热敏电阻不能获得小于约15毫秒(这通常是本领域的最大值)的热时间常数。
入射功率的值可以根据普朗克定律计算。考虑到通过设置有在LWIR波段中基本上是透明的和对于任何其他波长都是不透明的典型窗口的探测器看到场景，通过距离焦平面的距离d＝φ处放置的直径为φ的端口，例如对于分别为20℃和35℃的场景温度，所接收的功率为：
·PT1＝20℃＝38.66W/m2
·PT2＝35℃＝48.56W/m2
在该示例中，探测器像素具有表面积为17μm×17μm，热阻为100E6K/W，吸收效率为80％；它设置有厚度为200-nm，TCR为2％，对于Vpol＝2V偏置的方形热敏电阻。
模拟放大器必须满足各种约束条件，即，在“滚动快门”模式下50μs的Tint值与50赫兹的成像器操作兼容即与顺序读取行兼容，以及相对较高的电容Cint，即6pF，以使离散和电流积分产生的电子噪声最小化。
这些参数中带入等式(2)能够得出2.5E6Ω的电阻Rb导致2mV/度的响应度的结论。
因此，相应的电阻率接近50Ω·cm，该值可以被认为是上限。
通常通过PVD(“物理气相沉积”)技术将氧化钒VOx的薄膜沉积在衬底上。根据该技术，将钒或含钒化合物的靶置于真空中并用离子化中性气体(通常为氩气或氪气)的原子轰击。
当该过程在以受控方式引入反应器的氧气或其它氧化气体存在下发生时，在离子轰击的作用下从靶中提取的钒原子与氧反应，在与所述靶基本上相对放置的衬底上形成VOx层。
已经显示(例如，根据Bryan D.GAUNTT的论文“The nano-composite nature ofVanadium oxide thin films for use in Infrared Microbolometer”-2011年5月)，所获得的VOx膜的电阻率取决于x的值，后者以第一顺序取决于反应器中氧的分压。
为了获得辐射热测量探测器的可利用的响应度，必须在辐射热测量计的敏感结构体(特别是悬挂膜片)和其环境之间提供最大的热绝缘。为了保证这种条件，将微结构体置于非常低压力的环境中，通常接近10-3毫巴。
在实践中，通常由硅或锗制成的红外透明的窗口被密封在底部预先连接芯片检测器的中空封装体的顶部，或者在“晶片级封装体”类型的集合过程的情况中直接密封到实际芯片上。
无论实施何种方法，这两个部件通过局部熔化的金属密封件(或焊料)彼此连接，这样提供了与探测器操作兼容的紧密度并且时间上耐久。
然而，由于在密封期间或之后发生的脱气现象，为了保证在整个探测器寿命期间在封装体中保持初始低压水平，尽管封装体的内部元件表面脱气，但已知在所述封装体中集成称为“吸气剂”的气体捕集装置，其吸收残留的气体分子。这类“吸气剂”材料通常由金属合金制成，其在超过称为活化温度的温度阈值时变得高度反应性。
这类真空封装约束(特别是密封操作和吸气剂活化)导致需要能够改变实际探测器的性能的热处理，这是由于热敏电阻材料的性质和特性的演变。
例如，选择通常作为金属密封件的共晶Au/Sn合金(80/20)能够由于低熔点(在280℃左右的情况下)而限制这种热应力。用这种类型的合金，在接近300℃的温度下进行的密封因此能够获得可靠的密封，能够保证足够的坚固性以耐受在更复杂的系统中的后续集成方法。
作为推论，吸气剂的活化取决于形成吸气剂的材料。吸气剂的活化通常在相对高的温度下发生。然而，特定的优化合金能够将这种吸气剂材料的活化阈值降低至约300℃，同时保证良好的气体泵送或吸气剂能力(例如：SAES的“Pagewafer”产品)。
密封形成和吸气剂活化步骤通常并且出于经济原因，在单个热循环期间同时处理，因此将探测器芯片提供到高于或等于300℃的温度。文献WO2016/09126描述了这种方法。通常需要将该温度保持至少10分钟，并且如果吸气剂活化需要的话，例如可能长达90分钟。
该工序限定了与工业约束兼容的最小热预算的数量级，同时在整个探测器寿命期间提供出色的真空水平的稳定性。
然而，通过在该温度范围内的制造方法，使用无序VOx热敏电阻材料(即在热力学平衡之外)，可以产生其固有电特性的变化(ρ和TCR)，这决定了探测器的灵敏度以及检测到的信号的质量。
的确，阵列探测器的像素由电子读出装置“读取”，该电子读出装置被校准以传送对于各像素的信号，并且其直接反映其电阻值。电子读出电路可以读取由其电动态范围确定的范围内的电阻值，该电动态范围由模拟放大器的最小和最大输出电压值限定。
因此，为了能够使用这样的动态范围来测量由红外辐射的捕获产生的电阻变化，有必要使探测器阵列的像素的初始离散(dispersion)最小化。这要求横跨阵列探测器的整个表面热敏电阻材料的完美均匀性。
尽管用于形成VOx膜所实施的PVD型沉积方法导致非常好的空间均匀性，但是集成了已进行真空密封过程(例如先前描述的，即，在通常接近300℃的温度范围内)的这类热敏电阻材料的阵列探测器的形成，可能以显著或甚至严重毁坏的方式影响输出信号的均匀性，因此，作为推论，影响了这类探测器的性能。
的确，为了工业优化和容量的目的，热密封循环优选地是短的并且在高真空炉中进行，该条件不利地影响热均匀化和从炉到部件的热传递。
由于热应力由此是不均匀的并且通常在现有技术中实施的VOx热敏电阻材料(即，在30℃下测量的电阻率设定在0.1至1Ω·cm的范围内)对于局部达到的温度敏感，因此该过程不可避免地导致对于阵列探测器而言微探测器的电阻值的离散(dispersion)增加，导致在读出电路动态范围内输出信号分布的扩展，这至少就生产统计而言，导致以几乎严重毁坏的方式改变所述输出信号和所得图像的离散。换句话说，由于对所考虑的温度范围(通常为280-320℃)中不稳定的材料施加非均匀热处理而导致的热敏电阻材料的不均匀演变会以严重毁坏的方式劣化阵列的均匀性。
作为示例，如果具有存在1％初始离散的电阻的阵列探测器的所有像素在真空密封期间以非均匀方式演变，最终表现出3％的离散，则最初集中在读出电路的动态范围的中心的像素群分布在几乎整个读出动态范围内(见图3-下部)。
已经显示(参见例如S.GARCIA-BLANCO等人的“Low temperature vacuumhermetic wafer-level package for uncooled microbolometer FPAs”-SPIE Vol.6884-2008，或者还有S.GARCIA-BLANCO等人的“Hybrid wafer-level vacuum hermeticmicropackaging technology for MOEMS-MEMS”-SPIE Vol.7208-2009)，实施高于300℃的密封温度的通常封装过程引起了氧化钒VOx作为热敏电阻材料的问题，这种材料的密封温度建议在150至200℃的范围内。然而，可以观察到，在这种密封温度下，对于现有技术不可能使用有效的吸气剂，这导致封装体中真空水平的快速劣化。
换句话说，在工业规模上形成这类阵列探测器确实存在困难，这是由于热预算限制以及在检测到的图像的质量方面的这些探测器的性质的耐久性。换句话说，已知并没有简单的手段以形成所讨论类型的阵列探测器、实现控制离散而不会不利地影响工业效益和它的预算限制。
本发明基本上旨在采用简单的解决方案来克服这一困难，该解决方案既不需要调整目前探测器封装过程，也不需要任何电子离散校正系统，并且然后完美地适用于形成这类探测器的工业过程。
发明内容
本发明首先包括使用具有在30℃下测量的电阻率(典型的范围为6至50Ω·cm，且有利地为6至24Ω·cm)比现有技术中描述的大得多的氧化钒VOx的膜作为热敏电阻材料。
为此目的，它包括通过钒靶的PVD，例如通过离子束溅射(IBS)，在受控的O2分压下，在由单晶硅晶片形成的衬底上形成氧化钒VOx膜，而在氧化物层的生长期间没有热量输入，x在大约1.8和2.3之间变化，其分别对应于6Ω·cm和50Ω·cm之间的在30℃下测量的电阻率值(电阻率和组成x之间的匹配特别地在Bryan D.GAUNTT先前提到的论文中确立)。
借助于此类材料，申请人已经表明，在集成以及由此的封装体的封闭(密封)和吸气剂活化的温度的范围内，即通常在280至320℃的范围内，所用热敏电阻材料的电阻率变化仍然非常保持包含的如下稳定性：以读出电路级提供令人满意的所得信号的均匀性，这与现有技术中使用的材料相反。
因此，本发明的目的在于一种红外辐射探测器，其包括：
-基本成像辐射热测量探测器的阵列，各基本辐射热测量探测器由辐射热测量膜片形成，所述辐射热测量膜片包括由无定形氧化钒VOx制成的膜，其电阻率在6Ω·cm至50Ω·cm的范围内，并且有利地在6Ω·cm至24Ω·cm的范围内，所述膜片悬挂在衬底上方，该衬底集成有用于读出由所述基本探测器所产生信号并用于顺序寻址所述基本探测器的信号，
-至少一种吸气剂，其旨在捕获在形成所述探测器期间或之后的残余气体；
-气密密封的腔体，其具有容纳在其中的所述阵列和所述吸气剂，所述腔体具有包括对红外辐射透明的窗口的上盖，所述盖被密封到支撑基本探测器阵列的芯片或被密封到底部已连接支撑基本探测器阵列的芯片的封装体，所述腔体处于真空或低压下。
本发明还涉及形成这类红外辐射探测器的方法。该方法基本上包括在基本探测器安装在其中之后，同时进行封装体的上盖的密封，其热敏电阻材料由氧化钒VOx膜形成，其在30℃下测量的电阻率在6Ω·cm至50Ω·cm的范围内，且有利地在6Ω·cm至24Ω·cm的范围内，且吸气剂活化的温度范围为280℃至320℃。
根据一个实施方案，用于形成辐射热测量膜片的由氧化钒VOx制成的膜具有范围从6Ω·cm至9Ω·cm的在30℃下测量的电阻率，在基本探测器和吸气剂安装在其中之后，腔室其上的上盖的密封在280℃至300℃范围内的温度下进行在10到90分钟范围内的时间段。
根据另一个实施方案，用于形成辐射热测量膜片的由氧化钒VOx制成的膜具有范围从9Ω·cm至24Ω·cm的在30℃下测量的电阻率，在基本探测器和吸气剂安装在其中之后，腔体其上的上盖的密封在280℃至320℃范围内的温度下进行10到90分钟范围内的时间段。
因此，这类探测器在所获取的热图像的质量方面的性能与其制造固有的经济上的约束相结合，同时进一步确保了探测器的寿命增加。
附图说明
现在将结合附图在以下的具体实施方案的非限制性描述中讨论本发明的前述特征和优点。
图1是辐射热测量像素或基本辐射热测量探测器的简化表示。
图2是说明通过IBS(“离子束溅射”的首字母缩写词)形成氧化钒膜的原理的简化表示，这是现有技术中的优选技术。
图3显示了两个直方图，它们显示了分别对于以下情况阵列红外辐射探测器输出信号的离散：
·对于在其集成到探测器期间没有演变的根据本发明材料的情况(上部)，和
·对于因热处理而劣化的VOx材料的现有技术的情况(下部)。
图4和图5是表示根据退火温度分别对于90分钟和10分钟的退火持续时间，对于在30℃下测量的不同固有电阻率，氧化钒VOx膜的电阻率变化的图。
具体实施方式
图1中示出了基本辐射热测量探测器。这类探测器基本上由通过隔热“臂”(2)悬挂的膜片(1)和确保与衬底(4)的电连接的柱(3)形成。
膜片(1)在其表面的大部分上包括热敏电阻材料薄膜(5)，其与对红外辐射透明的窗口(并且通常由硅或锗制成)相对取向。
有利地，为了优化基本探测器的性能，金属反射器膜(6)固定在悬挂的膜片的下方并固定于与其适当的距离处，以形成共振腔，从而优化红外辐射的吸收。
热敏电阻材料(5)由氧化钒VOx薄膜制成，其通常厚度在20至200纳米的范围内，其电阻率在6Ω·cm至50Ω·cm的范围内。这些电阻率值通常对应于1.8至2.3范围内的x值，例如通过RBS(“Rutherford Backscattering Spectroscopy”的首字母缩写词)技术测量。
氧化钒VOx薄膜通过IBS(“离子束溅射”的首字母缩写词)沉积，在环境温度下，在反应器中，在其中分压范围为3×10-5托至1×10-4托的氧存在下，形成在衬底上。
这类反应器如图2所示。该反应器(10)设有泵送系统(11)，包括接收纯钒或几乎纯钒的靶材(13)的支撑体(12)。靶材由本身已知的枪(14)发射的电离氪束轰击。氪的使用不是限制性的，可以使用任何其他稀有气体。
由于这种离子轰击而从靶材喷射的钒原子或多或少被引入反应器的氧(15)氧化。通过调节回路控制反应器室中存在的氧的分压，以将最终量x设定为所需值。溅射的钒原子氧化以在衬底(16)上形成VOx层，其具有取决于原子氧的比例x的电阻率。
在沉积期间，通过使用载热流体的冷却系统(未示出)将衬底(16)保持在接近室温的温度。
为了比较具有在30℃下测量的初始电阻率范围在0.5至24Ω·cm的VOx的热稳定性，所选择的衬底由沉积在单晶硅的200毫米晶片上的氮化硅SiNx(或甚至氧化硅SiOx)的膜形成。这在VOx膜和硅衬底之间提供了优异的电绝缘。
一系列的方形图案(“范德堡”型图案)随后通过光刻法划分，然后蚀刻VOx材料。然后通过沉积以及随后的金属电极的划分使该材料在该方形的四个角处接触。
然后借助通过PECVD(“Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition(等离子体增强化学气相沉积)”的首字母缩写)在低温(即280℃)下沉积的氮化硅SiNx的层包封该组件，以保持VOx材料的特性。进行包封以完全覆盖VOx图案，以使VOx材料在退火测试期间与环境大气的任何化学相互作用隔绝。
然后通过金属电极使图案偏置。然后通过范德堡法(Van der Pauw method)测定VOx膜的方块电阻。VOx膜的厚度通过椭圆偏光法在专用相邻图案上确定。这类薄膜的厚度和方块电阻限定了它们的电阻率。在每次退火之前和之后应用该方法。对于90分钟的退火，结果显示在图4的图表上。先前已经证实，氮化硅包封层没有改变VOx膜的性质。
由此已形成各自集成了在30℃下测量的电阻率分别为0.5Ω·cm、6.3Ω·cm、9.3Ω·cm、20Ω·cm和24Ω·cm的VOx膜的五个晶片。这些电阻率与x的各个值1.6、1.8、1.9、2和2.1(+0.1或-0.1内)相关联。
然后将来自这些晶片的样品在氮气流和在240℃和330℃之间分阶段的不同温度下进行退火，以评估它们的热稳定性，或者换句话说评估它们在存在热应力时的坚固性。故意处于对材料最约束的配置，但在工业可靠性方面最安全(特别是在密封部件的真空稳定性方面)，将退火时间设定为90分钟。
然后可以从图4的曲线中得出以下观察结果。
具有0.5-Ω·cm初始电阻率的膜一旦温度达到250℃就会看到其电阻率显著下降。
具有6.3-Ω·cm初始电阻率的膜在高达300℃时是稳定的，然后看到其电阻率突然下降。
然而，具有9.3、20和24Ω·cm的初始电阻率的膜在高达310℃时电阻率具有非常小的变化，所述电阻率仅从320℃起下降。
因此，材料的稳定性阈值看起来取决于其组成和其固有电阻率；具有最高电阻率的材料是最稳定的。
这类测量也对相同的样品进行，但是所述样品进行短持续时间的退火，通常为10分钟，对应于真空密封过程的实际最小时间。
因此，在氮气流下，在覆盖感兴趣的范围的不同温度下(即280℃、300℃、310℃、320℃和330℃)，对集成了在30℃下测量的各初始电阻率为0.5Ω·cm、6.3Ω·cm和20Ω·cm的相同的膜的其他装置进行10分钟的退火。
每个样品的在退火后测量的并绘制在图5的图表上的电阻率值导致以下观察结果：
尽管退火持续时间减少到10分钟，但具有0.5Ω·cm的初始电阻率的膜不能抵抗280℃的退火。该观察结果暗示了代表现有技术的这类材料与本文考虑的真空密封工艺的不相容性。
具有6.3Ω·cm的初始电阻率的膜至少对于这种短时退火(10分钟)在高达320℃保持稳定的特性。
具有20Ω·cm的初始电阻率的膜能承受高达330℃的10分钟退火。
因此，通过使用集成了作为热敏电阻材料的氧化钒VOx(x在1.8至2.3的范围内)的基本探测器(所述氧化钒VOx的特征在于如前所述测量的电阻率，即在30℃下在6Ω·cm至50Ω·cm的范围内)，尽管如上所述的将上盖密封到封装体并且吸气剂活化的步骤能够在至少300℃下发生，但只要选择合适的金属密封件(例如，AuSn(80/20)类型)和在相对低的活化温度下的吸气剂材料(例如由SAES在品名“Pagewafer”下的商业化的类型)，就可以形成具有高性能和持久性能的红外阵列探测器。
这类热敏电阻材料在电阻率方面的热稳定性导致在读出电路的输出时获得的信号的有限离散，并且能够在模拟放大器的输出时保持在电动态范围的中心包含的窄分布直方图，如图3(上部)所示。
中间初始电阻率(在30℃下测量)(通常小于6Ω·cm)的膜在所考虑的温度范围内是不稳定的，这导致非常宽的直方图，其现在占据电动态范围的大部分(图3-下部)。如果希望保持先前指出的密封方法的高可靠性水平，这类材料将需要复杂的电子校正系统从而将像素的每个输出信号置于读出电路动态范围的中心。
具有最低电阻率0.5Ω·cm的膜在所应用的温度范围内经历这样的演变，应认为它与该密封技术不相容。它的TCR为零或太低，因此不会有兴趣。这类材料需要使用低温密封合金，这使得不能使用有效的吸气剂，这会危害真空的耐久性，从而危及通过该方法形成的组件的可靠性。
申请人还观察到，具有接近1Ω·cm的电阻率的VOx膜在普通气氛下具有比本发明中描述的VOx膜更快的劣化动力学。
的确，已经描述过(参见例如N.J.Podraza等人-Electrical and opticalproperties of sputtered amorphous vanadium oxide thin films”-Journal ofApplied physics 111n°7–2012年4月1日，或者也有M.A.Motyka等人-Microstructuralevolution of thin film vanadium oxide prepared by pulsed-direct currentmagnetron sputtering"-Journal of Applied Physics 112,n°9(2012))在暴露于环境空气的VOx膜的表面形成较低密度的层(通常称为“粗糙层(roughness layer)”)。由多层模型解释并通过椭圆测量法的测量(即，考虑作为最低限的以下的模型：膜由两层形成，一层是整体的，即以100％的VOx制成，另一层由50％VOx和50％空气制成(根据“Bruggeman有效介质近似(Bruggeman effective medium approximation)”)能够确定该“粗糙层”的厚度。对于暴露在空气中并且在相同的温度和湿度条件下，随着时间的推移，该层厚度的跟踪显示，在1Ω·cm VOx膜的情况下，生长动力学比在10Ω·cm膜的情况下快大约两倍。
例如，在总厚度为80纳米的VOx薄膜沉积40天后，对于具有10Ω·cm电阻率的VOx膜，粗糙层的厚度保持小于5纳米，但是对于具有1Ω·cm电阻率的VOx膜则超过10纳米。
这种增长发生不利于整体VOx层。已经表明(例如，在前面提到的两个出版物中)该表面层具有比整体膜更高的电阻率，这必然会随时间的变化改变膜的方块电阻。
此外，这种低密度和可变厚度的表面层的存在可能引起对于限定VOx图案所必需的光刻和蚀刻方法的可变性问题。这两种困难可能通过增加像素的电阻超过期望值或者通过增加这些值的离散而使最终的探测器性能恶化。然而，只要使用根据本发明的热敏电阻膜，就可以取消VOx膜在沉积之后的原位包封，即不与空气接触，例如文献中提出的(参见US6313463)。
本发明使得可以兼容非致冷阵列型红外探测器的性能要求和制造这类探测器的工业化的限制。
此外，这类探测器在其制造过程中更容易处理，因为它们具有更强的抗环境空气中氧化的能力。
Claims (8)
1.一种红外辐射探测器，其包括：
-基本成像辐射热测量探测器的阵列，各所述基本辐射热测量探测器由辐射热测量膜片(1)形成，所述辐射热测量膜片包括由氧化钒VOx制成的膜(5)，其在30℃下测量的电阻率在6Ω·cm至50Ω·cm的范围内，所述膜片(1)悬挂在衬底(4)上方，所述衬底(4)集成了用于读出由所述基本探测器所产生信号和用于顺序寻址所述基本探测器的信号，
-至少一种吸气剂，其旨在确保捕获在形成所述探测器期间和之后的残余气体；
-气密密封的腔体，其具有容纳在其中的所述阵列和所述至少一种吸气剂，所述腔体具有包括对红外辐射透明的窗口的上盖，所述盖借助密封件被密封到支撑基本探测器阵列的芯片或被密封到底部已连接支撑基本探测器阵列的芯片的封装体，所述腔体处于真空或低压下。
2.根据权利要求1所述的红外辐射探测器，其特征在于，用于形成辐射热测量膜片的由氧化钒VOx制成的膜(5)的在30℃下测量的电阻率在6Ω·cm至24Ω·cm的范围内。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的红外辐射探测器，其特征在于，所述密封件由AuSn金属合金制成。
4.一种形成红外辐射探测器的方法，所述探测器由以下形成：
-基本成像辐射热测量探测器的阵列，各所述基本辐射热测量探测器由辐射热测量膜片(1)形成，所述辐射热测量膜片包括由氧化钒VOx制成的膜(5)，其在30℃下测量的电阻率在6Ω·cm至50Ω·cm的范围内，所述膜片(1)悬挂在衬底(4)上方，所述衬底(4)集成了用于读出由所述基本探测器所产生信号和用于顺序寻址所述基本探测器的信号，
-至少一种吸气剂，其旨在确保捕获在形成所述探测器期间和之后的残余气体；
-气密密封的腔体，其具有容纳在其中的所述阵列和所述至少一种吸气剂，所述腔体具有包括对红外辐射透明的窗口的上盖，所述盖借助密封件被密封到支撑基本探测器阵列的芯片或被密封到底部已连接支撑基本探测器阵列的芯片的封装体，所述腔体处于真空或低压下，
在所述方法中，
-在基本探测器和吸气剂安装在所述腔体中之后，所述腔体在其上的上盖的密封在280℃至320℃范围内的温度下进行10至90分钟范围内的持续时间；
-并且所述吸气剂的活化与所述腔体的上盖的密封同时进行。
5.根据权利要求4所述的形成红外辐射探测器的方法，其中，用于形成辐射热测量膜片(1)的由氧化钒VOx制成的膜(5)的在30℃下测量的电阻率在6Ω·cm至24Ω·cm的范围内。
6.根据权利要求5所述的形成红外辐射探测器的方法，其中，用于形成辐射热测量膜片(1)的由氧化钒VOx制成的膜(5)的在30℃下测量的电阻率在6Ω·cm至9Ω·cm的范围内，其特征在于，在基本探测器和吸气剂安装在所述腔体中之后，所述腔体在其上的上盖的密封在280℃至300℃范围内的温度下进行10至90分钟范围内的持续时间。
7.根据权利要求5所述的形成红外辐射探测器的方法，其中，用于形成辐射热测量膜片(1)的由氧化钒VOx制成的膜(5)的在30℃下测量的电阻率在9Ω·cm至24Ω·cm的范围内，其特征在于，在基本探测器和吸气剂安装在所述腔体中之后，所述腔体在其上的上盖的密封在280℃和320℃范围内的温度下进行10到90分钟范围内的持续时间。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的形成红外辐射探测器的方法，其特征在于，将所述上盖密封到所述腔体的密封件由AuSn合金制成。
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