CN114364954A

CN114364954A - 热探测器

Info

Publication number: CN114364954A
Application number: CN202080063009.0A
Authority: CN
Inventors: 阿波·瓦普拉; 乔纳·蒂拉; 基尔西·塔普拉; 格里戈拉斯·凯斯图蒂斯; 米卡·普伦尼拉
Original assignee: Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus
Current assignee: Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus
Priority date: 2019-09-16
Filing date: 2020-09-11
Publication date: 2022-04-15
Also published as: JP2022548263A; FI20195772A1; US20220344561A1; EP4031843A1; WO2021053267A1

Abstract

根据本发明的示例方面，提供一种探测器，所述探测器包括：光学吸收膜，其悬挂在膜与基板之间的空腔上方，所述基板包括在探测器中；以及热电转换器，其将光学吸收膜附接在空腔上方，其中，光学吸收膜在热电转换器的n型热电元件与p型热电元件之间形成接触元件。

Description

热探测器

技术领域

本公开涉及热电热探测器。

背景技术

光学探测器是光敏传感器，其确定入射电磁辐射的存在和/或强度，并根据合适的电信号输出测量值。光学探测器分为量子型探测器和热型探测器。量子探测器(或光伏和光导探测器)典型地更快，并通常具有比热探测器更高的灵敏度，但相对复杂。在红外范围内操作的量子探测器通常由昂贵的和/或有毒的材料制成，并且需要在低温下操作以实现高灵敏度(由于降低温度可以抑制噪声)。热型传感器是配置成通过将电磁辐射转换成热量并根据合适的电信号确定产生的温度来确定电磁辐射的功率的装置。

热传感器利用各种技术，但最相关的商业技术是电阻式热探测器和热电式热探测器。热探测器由入射辐射的吸收体和变换器构成，所述变换器将吸收体的温度变化转换成电信号。电阻式热探测器(有时被称为测辐射热计)使用温度相关的电阻器作为变换器。热电热探测器(通常是热电堆或热电偶)使用基于热电效应的热电转换。

发明内容

根据一些方面，提供了独立权利要求的主题。在从属权利要求中限定了一些实施例。

根据本公开的第一方面，提供一种探测器，所述探测器包括：光学吸收膜，其悬挂在膜与基板之间的空腔上方，所述基板包括在探测器中；以及热电转换器，其将光学吸收膜附接在空腔上方，其中，光学吸收膜在热电转换器的n型热电元件与p型热电元件之间形成接触元件。

根据本公开的第二方面，提供一种制造探测器的方法，所述方法包括：获得基板晶圆并在基板晶圆上沉积氧化物层；在氧化物层上沉积热电转换器层；在氧化物层上或在热电转换器层上沉积光学吸收层；并且，在氧化物层中刻蚀凹槽以形成空腔，留下光学吸收膜，所述光学吸收膜包括光学吸收层和由热电转换器层悬挂在空腔上方的热电转换器层的一部分。

附图说明

图1A示出了根据本发明至少一些实施例的示例热探测器；

图1B示出了根据本发明至少一些实施例的示例热探测器；

图2A示出了根据本发明至少一些实施例的示例热探测器；

图2B示出了根据本发明至少一些实施例的具有图案化膜的示例热探测器；

图3A示出了装置配置的示例；

图3B示出了装置配置的示例；

图4A至图4D示出了制造方法的阶段；

图5A至图5D示出了各种吸收膜结构，以及

图6是根据本发明至少一些实施例的方法的流程图。

具体实施方式

如本文所公开的构造的探测器包括由热电转换器悬挂的光学吸收膜，例如悬挂在空腔上方。空腔可以在其底部处具有反射器，以将薄膜未吸收的入射光部分反射回来，以提高探测器的灵敏度。空腔可以具有共振功能。膜可以是纳米膜，其厚度为纳米级。纳米级膜重量轻，能够作为对入射辐射的响应而升温更快，从而提高探测器的响应速度。公开的探测器还不具有单独的支撑结构，因为膜通过热电转换器本身直接悬挂并附接在空腔上方。探测器不具有单独的支撑结构的事实还提高了响应时间，因为在具有支撑结构的系统中，支撑结构通过增加探测器的热容来降低响应时间。有益的是，本文公开的探测器可以使用更安全(例如毒性更小)的材料来制造。这些材料也可以更便宜。另外，本文公开的探测器可以使用微电子机械、MEMS和其他方法来制造。

量子探测器(或光伏和光导探测器)需要用于高灵敏度的冷却解决方案，并且通常具有高成本，并需要外来和/或有毒材料，诸如长波红外探测所需的HgCdTe。冷却系统带来复杂性、功耗和成本。热型和量子型的非冷却光学探测器的主要限制是在特定探测率所描述的灵敏度方面性能较差。最先进的热探测器典型地比量子探测器慢。与需要有源功率的电阻探测器相比，热电转换提供提高的灵敏度和低功耗的优点。热电转换不需要外部电源，因为它本身产生电压。此外，因为在热电元件的情况下信号转换不需要电流，因此噪声源较少，从而导致更高的信噪比(即，提高的灵敏度)。

图1A示出了根据本发明至少一些实施例的示例探测器。探测器包括光学吸收膜110，为简洁起见，下文将其称为膜110。膜110作为对其吸收的入射电磁辐射的响应而升温。n型半导体元件120将膜110连接到短棒122。p型半导体元件130将膜110连接到短棒132。短棒122、132可以设置在基板上，基板在图1A中未示出。基板可以限定膜110之下的空腔，如将在下文公开的。探测器可以具有一对以上的半导体元件120、130支腿，在这种情况下，该结构可以更坚固。膜110可以通过将其放置在真空中而进行热隔离。

热电转换器由两种不同的热电材料构成，所述热电材料通过接触元件接合在一起。不同的热电材料包括带负电荷载体的n型半导体和带正电荷载体的p型半导体。在图1A中，热电转换器因而由半导体元件120和130组成。膜110被布置成充当热电转换器的n型热电元件120与p型热电元件130之间的接触元件。

图1B示出了根据本发明至少一些实施例的示例探测器。这个附图展示了探测器的不同视图，其包括与图1A相同的部件，相似的附图标记表示相似的结构。此处可见短棒122、132设置在基板140上，所述基板可以包括合适的材料。例如，基板140可以包括硅晶圆。例如，短棒122、132可以由氧化物材料(诸如氧化硅)构成。图1B的探测器还包括反射器150，所述反射器被布置成将穿过膜110而未被膜吸收的电磁辐射反射回来。反射器的存在因此增加了探测器的灵敏度，因为入射辐射的较大部分被膜110吸收。实际上，辐射有两个被吸收的机会，一个在从反射器150反射之前，而另一个在从反射器150反射之后。实际上，在膜110与反射器150之间形成光学空腔。例如，对于分布式布拉格镜，反射器150可以由金属、半金属、高导电半导体、电介质或导电性差的半导体组成。替代地，N+(高/简并N掺杂)或P+(高/简并N掺杂)掺杂半导体镜可以与全掺杂基板140、表面掺杂基板140(例如，使用注入或扩散)、或沉积和掺杂层一起使用。在一些实施例中，基板140本身充当反射器，例如在基板140导电的情况下，诸如在其为高掺杂硅或其他半导体或金属基板的情况下。

短棒122、132可以在热电转换器120、130与配置成处理来自探测器的信号的读出电子器件之间提供电连接。例如，这些电连接可以使用采用金属焊盘的线键合、倒装芯片键合或晶圆键合技术来构建。作为另一个替代方案，基板140可以包括CMOS电路。另外，探测器可以与其他光学装置接合，诸如微光谱仪薄膜(例如法布里-珀罗干涉仪)。为了清晰起见，在图1B中未示出读出电子器件。短棒可以是氧化物材料，也可以是探测器制造期间刻蚀的牺牲层的残余物。例如，正硅酸乙酯、TEOS、氧化硅、等离子体增强化学气相沉积、CVD、氧化硅或低压CVD低温氧化物、LTO、氧化硅。

图2A示出了根据本发明至少一些实施例的示例探测器。相似附图标记表示如图1A和图1B所示的相似结构。提供框架160，以提供应力调谐，使得使用具有更广泛应力特性的热电材料。在没有框架160的情况下，半导体元件120和130中使用的热电材料可以由低或中等拉伸应力制成，以适当悬挂膜110。如图2A所示，框架160可以放置在半导体元件120、130的顶部上，或者附加地或替代地，可以分别放置在半导体元件120、130与短棒122、132之间。框架可以由以下材料中的一种组成，例如：氮化硅(SiNx)和氧化铝(Al₂O₃)。例如，可以使用等离子体增强CVD、低压CVD、溅射和/或原子层沉积(ALD)技术来沉积这些材料。如上所述，在一些实施例中，不存在框架160。

光学吸收膜110如图2A所示为由热电转换器层112a、112b和光学吸收层111组成。在物理上，热电转换器层112a、112b和半导体元件120、130可以是相同的制造层结构。详细地，半导体元件120和面向热电元件120的热电转换器层112a可以是相同的半导体层。半导体元件130和面向热电元件130的热电转换器层112b可以是相同的半导体层。在制造方面，光学吸收层111可以沉积在热电转换器层112a、112b上。换句话说，光学吸收层111的沉积将热电转换器层112a、112b定义为热电元件120、130的被光学吸收层111覆盖的部分。在其他实施例中，光学吸收层111可以位于热电转换器层112a、112b下方，即，位于膜110与基板140之间的空腔的侧面上。膜110中的间隙示意性地指示膜的图案化，这是可选特征。图案化在下面讨论的图2B中更多地示出。热电转换器层112a、112b的尺寸可以相等或不相等。当尺寸不相等时，可以根据所使用的特定热电材料和吸收体材料来选择尺寸，使得热电转换器的整体接触和/或总电阻最小。可以选择热电元件120、130的几何形状，例如，如A.Varpula等人,Appl.Phys.Lett.110,262101(2017)中的或由D.M.Rowe,Taylor&Francis编辑的热电手册：从宏观到纳米，2006和H.Julian Goldsmid，材料科学中的Springer系列121：热电导论，Springer，2010年中的。

在其他实施例中，可以有两个光学吸收层，一个光学吸收层在热电转换器层112a、112b的任一侧上。换句话说，光学吸收膜可以包括两个光学吸收层以及热电转换器层，光学吸收层设置在热电转换器层的任一侧上。另一方面，在一些实施例中，光学吸收膜110包括一个且仅一个光学吸收层111和正好一个热电转换器层112，光学吸收层111放置在热电转换器层112的一侧且仅一侧上。将结合图5A至图5D更详细地讨论各种膜实施例的具体示例。

当光学吸收膜110中存在两个光学吸收层时，它们可以是相同的材料，或者是不同的材料。例如，光学吸收膜110的厚度可以小于800纳米、小于200纳米、小于180纳米、小于160纳米、小于100纳米、小于60纳米或小于20纳米。如上所述，薄膜具有低热容。另外，膜内材料的膜声子热导率随着厚度减小到纳米级而降低。

光学吸收层(诸如光学吸收层111)可以由金属、半金属或高掺杂半导体组成。示例包括TiW(钛钨)、Ti(钛)、W(钨)、TiN(氮化钛)、NbN(氮化铌)、MoN(氮化钼)、Mo(钼)、薄Al,a-Si(非晶硅)、Al:ZnO(掺杂铝的氧化锌)、高掺杂单晶硅和多晶硅以及掺杂的SrTiO₃(钛酸锶)。吸收材料的另一个示例是红外吸收绝缘体，诸如氮化硅或氧化铝。这些材料在红外线波段中能很好地吸收。在吸收层中，可以选择材料的导电性，使得它能够阻抗匹配到具有低热质量的真空阻抗，也就是说，电阻最好不应太高，但应足够高，以获得良好的吸收率。对于等离子体吸收器，所选材料的介电常数和图案特征尺寸可以有益地与所需波长匹配。关于电气要求，所选吸收层111材料有益地具有与半导体元件120和130的材料(并因此与热电转换器层112a、112b)的低接触电阻。这个接触电阻应远低于热电支腿120、130的总电阻，否则探测器的性能由于接触电阻而降低。

用于热电元件120、130和热电转换器层112a、112b的热电材料在应用于探测器时可以具有小于200nm的厚度。一种是N型热电材料，并且另一种是P型热电材料。合适的材料包括高掺杂N(P)型硅、多晶硅和其他半导体。掺杂可以通过离子注入、扩散或其他合适的方法执行。有益地，热电材料具有高的热电优值ZT(有关ZT的定义，参见例如，A.Varpula等人,Appl.Phys.Lett.110,262101(2017))。为了使光学探测器的灵敏度达到最大，装置的有效热电优值(有效的ZT)应达到最大。至于元件120、130和热电转换器层112a、112b的热电材料的机械要求，它们应具有低的或中等的拉伸应力，以便适当悬挂吸收器。不太合适的应力条件可以通过以下来处理：利用框架160来调谐热电材料中的应力。

合适的热电材料的示例包括Bi₂Te₃(碲化铋)、Bi₂Se₃(硒化铋)、HgCdTe(碲化汞镉)、ZnO₂(过氧化锌)、SrTiO₃(钛酸锶)、硅纳米线、薄单晶硅、薄多晶硅、Bi₂Te₃(碲化铋)和Sb₂Te₃(碲化锑)。

可选地，钝化层(图2A中未示出)可以作为最顶层设置在膜110、元件120、130和框架160(当框架160存在时)的顶部上，以包围其他层。例如，钝化层可以由Al₂O₃或SiNx组成。例如，可以使用等离子体增强CVD、低压CVD、溅射和原子层沉积(ALD)技术来沉积这些材料。如果需要，钝化层的作用是保护吸收材料。吸收材料侧可以通过使钝化层远离吸收材料边缘图案化、通过间隔层图案化技术被保护，或者它们可以通过同时使钝化层和热电材料及吸收材料图案化而不受保护。在一些实施例中，热电材料中的一种被用作钝化层，该钝化层用于光学吸收膜的吸收层。

图2B示出了根据本发明至少一些实施例的具有图案化膜的示例探测器。图2A的横截面沿虚线对角线地获得。如从图2B可见，光学吸收膜110被图案化，详细地，被图案化为具有多个孔，所述多个孔穿过所述膜。例如，可以通过刻蚀(诸如，湿法刻蚀或等离子刻蚀)来创建孔。膜的图案化提供的益处是，膜因此更轻，从而降低其热容，并因此使其作为对入射电磁辐射的响应而更快地加热。图案化还允许调谐图案化吸收体膜的有效片电阻，以实现吸收体的光学阻抗匹配(在电阻阻抗匹配吸收体的情况下)，或调谐吸收体的光学特性(在等离子体吸收体的情况下)。因此，可以提高探测器的响应时间。孔可以设计成小于探测器意图探测的辐射波长，因此吸光度不受到不利影响。

当探测器意图探测的波长已知时，空腔也可以相应地确定尺寸，以便对于电阻吸收体，空腔的高度为热探测器被布置用于探测的中心波长的四分之一。对于等离子体吸收体，空腔可以不同于中心波长的四分之一。

通常，可以提供一种探测器，所述探测器包括：光学吸收膜110，其悬挂在膜110与基板140之间的空腔上方；以及热电转换器120、130，其将光学吸收膜110附接在空腔上方，其中，光学吸收膜110在热电转换器120、130的n型热电材料120与p型热电材料130之间形成接触元件。膜110可以被图案化，例如通过对其穿孔以具有多个孔。当膜110被图案化时，热电转换器层112和光学吸收层111都可以具有相同的图案，使得所述图案的孔例如延伸穿过整个膜110。

通过由热电转换器附接在空腔上方，可以意味着连接膜110与探测器的其余部分(例如短棒122、132)的支腿120、130不包含非热电材料。支腿可以与其他结构连接或在其他结构之间连接，例如短棒122、132与框架160，但是支腿本身可以仅由热电材料组成。

探测器可以包括附接在空腔的内边缘的背反射器，其布置成将未被膜吸收的光学信号反射回膜110。因此，膜110可以具有两次机会从光学信号吸收能量。

探测器可以是仅被动冷却的，这意味着探测器不具有主动冷却机制。换句话说，探测器可以是未冷却的。在探测器是主动冷却的情况下，例如可以使用珀尔帖芯片对其进行冷却。通常，未冷却的探测器提供略好的灵敏度的益处。

探测器可以包括框架160，所述框架或者在热电转换器120、130的顶部上，或者在热电转换器120、130与限定空腔高度的短棒122、132之间。如上所述，框架160的存在能够使用更广泛范围的热电材料来构建热电转换器120、130和热电转换器层112。

光学吸收膜110可以是电阻阻抗匹配吸收体或等离子体吸收体。例如，在膜是等离子体吸收体的情况下，它可以是宽带吸收体。对于等离子体吸收体，吸收材料介电常数和图案的特征尺寸可以与期望用探测器探测的波长相匹配。在光学吸收膜是电阻阻抗匹配吸收体的情况下，空腔的高度可以是探测器被布置用于探测的波长的四分之一。

图3A示出了装置配置的示例。这里，相似的附图标记也表示与前面附图中相似的结构。在这些示例中，左边吸收体是五边形的，而中间和右边吸收体是正方形的。如从该图中可见的，热电转换器120、130可以布置成以各种方式悬挂膜110。如上所述，可以存在图3A中未示出的框架。

图3B示出了装置配置的示例。这些配置涉及多探测器阵列。这种阵列可以由不同形状的探测器构造。例如，如本文所述构造的，左边是正方形探测器阵列，并且右边是三角形探测器阵列。探测器阵列可以用于成像应用中，其中探测器阵列形成多像素图像传感器。探测器阵列也可以用于光谱应用中，使得包括在阵列中的探测器被调谐以响应不同波长的入射电磁辐射。吸收体110将有益地覆盖尽可能多的总探测器面积。如上所述，可以存在图3B中未示出的框架。

图4示出了制造方法的阶段。在图4A中，所述过程已从硅晶圆140开始，该硅晶圆可以被掺杂以生成反射器150。作为替代方案，可以将金属层放置在基板140上以构造反射器150。随后，在反射器150(或基板140，其中基板140本身是反射的)上沉积牺牲氧化硅层130s。然后执行多晶硅沉积、掺杂和图案化以生成热电支腿120、130(在图1B、图2B中可见)，以达到图4A中描绘的情况，其中热电元件120、130存在于牺牲层130s上。

然后，加工进入图4B所示的阶段。为了达到图4B的情况，将框架160材料沉积到热电材料上以构造框架160。可以在框架160的构造中使用图案化。例如，如本文以上所述，该框架可以由Al₂O₃或氮化硅构造。

然后，加工进入图4C所示的阶段。为了达到图4C的情况，将吸收材料沉积到热电材料上以形成吸收膜。热电元件120、130被吸收材料覆盖的部分变成热电转换器层112a、112b，而吸收材料本身构成光学吸收层111。这两个层在一起是光学吸收膜110。如本文以上所述，在这个实施例中，膜被图案化。例如，图案化可以包括穿孔。

然后，最终进入图4D所示的阶段，例如通过经由氢氟酸、HF和水蒸气释放硅，移除牺牲层，以在光学吸收膜110与反射器150(或基板140，其中基板140本身是反射的)之间构造空腔。替代地，释放可以在使用HF溶液或缓冲HF溶液进行湿法刻蚀时发生。作为牺牲层的残余物，短棒122和132保留下来，例如以在热电转换器与读出电子器件之间提供电连接。

图5A至图5D示出了各种光学吸收膜110结构。在这些附图中，为了清晰起见，仅示出了热电层和吸收层，而未示出短棒、空腔、基板和可选的框架。

图5A示出了与图2A的膜110不同的膜结构，其中热电转换器层112a、112b的热电元件120、130之间存在间隙501。在沉积吸收材料之前，可以在适当位置制造间隙。因此，在这种情况下，光学吸收层111提供热电元件120与130之间的唯一电气连接。实际上，吸收层111可以延伸到间隙501中。

图5A的布置可以表示为一种布置，其中光学吸收膜形成热电转换器的n型热电元件与p型热电元件之间的接触元件，其中，光学吸收膜包括覆盖在热电转换器层上的光学吸收层，热电转换器层中存在间隙，将n型热电元件与p型热电元件分隔开。膜可以被图案化。

图5B示出了与图2A的膜110不同的膜结构，其中热电材料组中的一种覆盖另一种。详细地，在膜的一部分中，存在三层部分，其中热电元件彼此重叠，并且进一步被至少一个吸收层111覆盖。实际上，有两个热电转换器层，一个对应于每种热电材料类型。它们被图示为层112a和层112b。

图5B的布置可以表示为一种布置，其中光学吸收膜在热电转换器的n型热电元件与p型热电元件之间形成接触元件，其中，光学吸收膜包括：一个部分，其中n型热电元件和p型热电元件彼此重叠，并且被光学吸收层覆盖。因此，在这个部分中，三个层彼此重叠。各层彼此重叠的具体顺序可能与所图示的不同。

图5C示出了与图5B的膜不同的膜结构，其中热电层之间的重叠更广泛。另一个区别是，热电转换器层112的热电材料布置在吸收层111的任一侧上。实际上，存在两个热电转换器层，一个对应于每种热电材料类型。在图5C中，它们被图示为层112a和层112b。

图5C的布置可以表示为一种布置，其中光学吸收膜在热电转换器的n型热电元件与p型热电元件之间形成接触元件，其中，光学吸收膜包括：一个部分，其中在光吸收层的整个长度上，n型热电元件和p型热电元件设置在光学吸收层的任一侧上。因此，三个层彼此重叠。

图5D示出了与图5C的膜不同的膜结构，其中对应于热电元件130的热电转换器层112b包围光学吸收层111，以与对应于热电元件120的热电转换器层112a直接连接。实际上，存在两个热电转换器层112，一个对应于每种热电材料类型。它们被图示为层112a和层112b。

图5D的布置可以表示为一种布置，其中光学吸收膜在热电转换器的n型热电元件与p型热电元件之间形成接触元件，其中，光学吸收膜包括：一个部分，其中在光吸收层的整个长度上，n型热电元件和p型热电元件设置在光学吸收层的任一侧上，并且其中，n型热电元件和p型热电元件通过彼此直接连接来包围光学吸收构件。因此，三个层彼此重叠。这种布置的益处是，吸收层的钝化可以使用热电材料实现，而无需使用单独的钝化层。替代地，单独的钝化层可以覆盖图5A至图5D中的一个或多个的光学吸收膜。

图6是根据本发明至少一些实施例的方法的流程图。阶段610包括：获得基板晶圆并在基板晶圆上沉积氧化物层。阶段620包括：在氧化物层上沉积热电转换器层。阶段630包括：在氧化物层上或热电转换器层上沉积光学吸收层。最后，阶段640包括：在氧化物层中刻蚀凹槽以形成空腔，留下光学吸收膜，所述光学吸收膜包括光学吸收层以及热电转换器层的由热电转换器层悬挂在空腔上方的一部分。热电转换器层可以包括两个层，一个层对应于n型热电元件，并且另一个层对应于p型热电元件。例如，氧化物可以包括氧化硅。

可以在探测器的构造中使用材料的以下组合。在单一行上公开了材料的单一组合：

应当理解，所公开的本发明的实施例不限于本文公开的特定结构、工艺步骤或材料，而是扩展到相关领域的普通技术人员将认识到的其等效物。还应当理解，本文采用的技术术语仅出于描述特定实施例的目的而使用，而非旨在进行限制。

在本说明书中对一个实施例或实施例的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明中各个位置中出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都指相同的实施例。在使用(诸如，例如大约或基本上的)术语来提及数值的情况下，还公开了准确的数值。

如本文所使用的，为方便起见，多个项目、结构元件、组成元件和/或材料可以呈现在公共列表中。然而，这些列表应被认为列表中的每个成员都被单独确定为单独的、唯一的成员。因此，这种列表上的任何单独成员都不应仅仅根据其在共同群体中的表现而被认为为同一列表上的任何其他成员的事实等价物，而没有相反的指示。此外，本发明的各种实施例和示例以及其各种组件的替代方案可以在本文中提及。应理解，这种实施例、示例和替代方案不应被认为彼此的事实等价物，而应被认为本发明的独立和自主表示。

此外，在一个或多个实施例中，所描述的特征、结构或特性可以任何适合的方式组合。在前面的描述中，提供了许多具体细节，例如长度、宽度、形状等的示例，以提供对本发明实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，本发明可以在没有一个或多个具体细节的情况下实施，或者用其他方法、组件、材料等实施。在其他情况下，未详细示出或描述众所周知的结构、材料或操作，以避免使本发明的方面模糊。

虽然上述示例在一个或多个特定应用中说明了本发明的原理，但对于本领域的普通技术人员显而易见的是，在形式、用法和实现细节方面可以进行大量修改，而无需运用创造性，并且不偏离本发明的原理和概念。因此，除了受到以下权利要求的限制之外，本发明不受限制。

本文件中的动词“包括”和“包含”用作开放限制，既不排除也不要求存在未列举的特征。除非另有明确说明，否则从属权利要求中所列举的特征可相互自由组合。此外，应当理解，在本文件中使用的“一”或“一个”(即单数形式)并不排除复数形式。

工业适用性

本发明的至少一些实施例在使用和制造探测器方面具有工业适用性。潜在探测器应用的示例包括红外成像、基于吸收光谱的红外化学分析(例如)和温度测量。这些装置也可以用作量热传感器。

缩略语列表

ALD 原子层沉积

CVD 化学气相沉积

LPCVD低压CVD

LTO低温氧化物

PECVD等离子体增强CVD

附图标记列表

Claims

1.一种探测器，其包括：

光学吸收膜，所述光学吸收膜悬挂在所述膜与基板之间的空腔上方，所述基板包括在所述探测器中，以及

热电转换器，所述热电转换器将所述光学吸收膜附接在所述空腔上方，其中，所述光学吸收膜在所述热电转换器的n型热电元件与p型热电元件之间形成接触元件。

2.根据权利要求1所述的探测器，其中，所述光学吸收膜通过所述热电转换器附接在所述空腔上方是通过支腿，所述支腿不包括非热电材料。

3.根据权利要求1或2所述的探测器，其中，所述膜的厚度小于800纳米、小于200纳米、小于180纳米、小于160纳米、小于100纳米、小于60纳米或小于20纳米。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的探测器，其中，所述探测器还包括附接在所述空腔的内边缘中的背反射器，所述背反射器布置成将未被所述膜吸收的光学信号反射回所述膜。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的探测器，其中，所述探测器是仅被动冷却的。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的探测器，还包括框架，所述框架或者在所述热电转换器的顶部上，或者在所述热电转换器与限定所述空腔的高度的短棒之间。

7.根据权利要求6所述的探测器，其中，所述框架由氧化铝组成。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的探测器，其中，所述热电转换器部分地包括硅。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的探测器，其中，所述热电转换器部分地包括碲化铋。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的探测器，其中，所述热电转换器部分地包括碲化锑。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的探测器，其中，所述光学吸收膜包括氮化钛。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的探测器，其中，所述光学吸收膜包括钛钨。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的探测器，其中，所述光学吸收膜包括钛。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的探测器，其中，所述光学吸收膜包括掺杂铝的氧化锌。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的探测器，其中，所述光学吸收膜包括铝。

16.根据权利要求6所述的探测器，其中，所述短棒包括：在所述热电转换器与读出电子器件之间的电连接，所述读出电子器件配置成处理来自所述探测器的信号。

17.根据权利要求16所述的探测器，其中，所述短棒由氧化硅组成。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的探测器，其中，所述光学吸收膜是电阻阻抗匹配吸收体或等离子体吸收体。

19.根据权利要求18所述的探测器，其中，所述光学吸收膜是所述电阻阻抗匹配吸收体，并且其中，所述空腔的高度是所述探测器被布置用于探测的波长的四分之一。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的探测器，其中，所述基板包括硅层。

21.根据权利要求1至20中任一项所述的探测器，其中，所述光学吸收膜被图案化为具有包括用多个孔刺穿所述膜的图案。

22.根据权利要求1至21中任一项所述的探测器，其中，所述光学吸收膜包括两个光学吸收层以及热电转换器层，所述光学吸收层设置在所述热电转换器层的任一侧上。

23.根据权利要求1至22中任一项所述的探测器，其中，所述光学吸收膜包括：一个且仅一个光学吸收层以及热电转换器层，所述光学吸收层设置在所述热电转换器层的一侧且仅一侧上。

24.根据权利要求1至23中任一项所述的探测器，其中，以下一项且仅一项适用：

所述光学吸收膜包括覆盖在热电转换器层上的光学吸收层，在所述热电转换器层中存在间隙，所述间隙将所述n型热电元件与所述p型热电元件分隔开；

所述光学吸收膜包括一个部分，其中所述n型热电元件和所述p型热电元件彼此重叠，并被光学吸收层覆盖；

所述光学吸收膜包括一个部分，其中所述n型热电元件和所述p型热电元件在所述光学吸收层的整个长度上设置在所述光学吸收层的任一侧上，以及

所述光学吸收膜包括一个部分，其中所述n型热电元件和所述p型热电元件在所述光学吸收层的整个长度上设置在所述光学吸收层的任一侧上，并且其中，所述n型热电元件和所述p型热电元件通过彼此直接连接来包围光学吸收构件。

25.一种制造探测器的方法，其包括：

获得基板晶圆并在所述基板晶圆上沉积氧化物层；

在所述氧化物层上沉积热电转换器层；

在所述氧化物层上或所述热电转换器层上沉积光学吸收层，以及

在所述氧化物层中刻蚀凹槽以形成空腔，留下光学吸收膜，所述光学吸收膜包括所述光学吸收层以及所述热电转换器层的由所述热电转换器层悬挂在所述空腔上方的一部分。

26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述光学吸收膜通过所述热电转换器附接在所述空腔上方是通过支腿，所述支腿不包括非热电材料。