CN115060371A - 一种微测辐射热计、制作方法及红外探测器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微测辐射热计、制作方法及红外探测器，涉及红外探测技术领域，以解决现有微桥结构的热敏感有效探测面积比较小，且桥腿力学结构不稳定的问题。所述微测辐射热计、制作方法及红外探测器包括：衬底、热敏探测层以及两个桥腿。所述微测辐射热计还包括形成在所述热敏探测层的向光面的超表面结构，所述超表面结构用于将照射所述热敏探测层的红外光波转换为表面波，所述桥腿包括导电夹层和两个绝缘层，沿着所述桥腿的径向方向，所述导电夹层位于两个所述绝缘层之间。所述制作方法用于制作微测辐射热计。本发明提供的微测辐射热计还用于红外探测。

Description

一种微测辐射热计、制作方法及红外探测器

技术领域

本发明涉及一种微测辐射热计，尤其涉及一种微测辐射热计、制作方法及红外探测器。

背景技术

微测辐射热计型非制冷红外探测器数十年来都是大力研究和发展的主题，微测辐射热计型非制冷红外探测器以其易携带、性能卓越、成本低廉等优点，具有广泛的军事和民用前景。

目前，微测辐射热计大多采用传统单牺牲层微桥结构，而在单牺牲层微桥结构的热敏感有效探测面积比较小，且桥腿力学结构不稳定。近年来有提出多层结构的微测辐射热计，使得这些问题得到缓解，但是多层结构的制作工艺复杂，力学性能并不能得到有效的改善。

发明内容

本发明提供一种微测辐射热计、制作方法及红外探测器，以使得微测辐射热计的像元中心的热敏感有效探测区域所占比例增大的同时，改善桥腿的力学性能，从而保证微测辐射热计具有良好的结构稳定性和红外吸收性能。

为了实现上述目的，本发明提供了一种微测辐射热计，包括：衬底、热敏探测层以及两个桥腿，两个桥腿均形成在衬底与所述热敏探测层之间，衬底与热敏探测层之间形成谐振腔；

其中，微测辐射热计还包括形成在热敏探测层的向光面的超表面结构，超表面结构用于将照射在光波转换为表面波，桥腿包括绝缘层以及导电夹层。

与现有技术相比，本发明提供的微测辐射热计中，两个桥腿均形成在衬底与热敏探测层之间，使得桥腿不占据热敏探测层吸收面，从而增大微测辐射热计的红外吸收面积，可以保证微测辐射热可以吸收更多的红外光。在此基础上，在热敏探测层表面形成超表面结构，当利用微测辐射热计进行红外光探测时，超表面结构可以将照射在光波转换为表面波，从而提高红外吸收效率，进而保证热敏探测层有较高的吸收率，使得微测辐射热计具有良好的探测效果。另外，本发明提供的微测辐射热计中，桥腿包括两个绝缘层以及设在两个绝缘层之间导电夹层，导电夹层具有良好的电学性能，而两个绝缘层可以作为支撑结构，不仅使得桥腿的力学性能更加稳定，还可以对导电夹层具有一定的固定作用，使得导电夹层可以稳定的进行电信号传输。

本发明还提供了一种本发明技术方案所述微测辐射热计的制作方法，包括：

提供一衬底；

在所述衬底上方形成贯穿反射层的两个桥腿，所述桥腿包括两个绝缘层以及设在两个所述绝缘层之间导电夹层；

在两个所述桥腿上形成热敏探测层，所述衬底与所述热敏探测层之间形成谐振腔；

在所述热敏探测层的向光表面形成超表面结构。

与现有技术相比，本发明提供的微测辐射热计的制作方法具有的有益效果与上述提供的微测辐射热计的有益效果相同，在此不做赘述。

本发明还提供一种红外探测器，包括上述方案提供的微测辐射热计。

与现有技术相比，本发明提供的红外探测器具有的有益效果与上述提供的微测辐射热计的有益效果相同，在此不做赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术中单层微桥结构微测辐射热计的结构示意图；

图2示出了现有技术中双层微桥结构微测辐射热计的结构示意图；

图3A示出了本发明提供的单层微桥结构微测辐射热计的剖视结构示意图；

图3B示出了本发明提供的单层微桥结构微测辐射热计的立体结构示意图；

图3C示出了本发明实施例提供的相位梯度超表面的平面结构示意图；

图4A~图4X为本发明实施例提供的微测辐射热计的制作方法在各个阶段的结构状态示意图；

图5为本发明实施例中刻蚀电极位置所使用的掩膜版的结构示意图；

图6为本发明实施例中刻蚀通孔位置所使用的掩膜版的结构示意图；

图7为本发明实施例中刻蚀牺牲层所使用的掩膜版的结构示意图；

图8为本发明实施例中刻蚀相位梯度超表面结构所使用的掩膜版的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

微测辐射热计是一种电阻型热传感器，其工作原理是吸收目标物体发出的红外辐射，在引起热敏材料发生温度变化时，热敏材料的电阻也将发生变化，在外加偏置的作用下产生相应的电学信号输出，然后还原成图像信息。

图1示出了现有技术中单层微桥结构微测辐射热计的结构示意图。如图1所示，单层微桥结构微测辐射热计100包括衬底101以及设在衬底上方的微桥结构。

如图1所示，微桥结构的桥面具有热敏探测层102和两个延伸至衬底上的桥腿103。热敏探测层102为微测辐射热计100的像元。当微测辐射热计100工作时，被测物体释放红外光，热敏探测层102吸收红外光，进而改变热敏探测层的102阻值，热敏探测层102其为三明治结构，包括两个红外吸收层以及位于两个红外吸收层之间的热敏感层。该微测辐射热计100的两个桥腿103形成于衬底之上，该桥腿103由被SiO₂所包裹的铝柱支撑。若通过引线给该微测辐射热计100施加偏置电压，在该偏置电压的作用下会产生相应的电学信号输出，从而使得外部处理电路能够探测到相应电阻变化引起的微弱电流变化，从而达到红外探测的目的。

当热敏探测层的红外吸收层吸收红外辐射时，吸收的红外能量使得微桥结构的桥面温度升高，使得热敏层的电阻发生变化。此时在该辐射热计上加上偏置电压，就可以产生相应的电压信号输出。在传统的单层微桥结构中，其中单层结构中桥腿的存在占用了像元中心的有效热敏感探测面积，而桥腿长度和宽度与热敏感有效探测面积的不匹配将影响器件的性能，从而使探测效率下降。

图2示出了现有技术中双层微桥结构微测辐射热计的结构示意图。如图2所示，双层结构包括衬底以及设在衬底上方的微桥结构。

如图2所示，微桥结构200的桥面具有热敏探测层202，形成于Si衬底204与热敏探测层202之间的两个双层S型隐藏桥腿201。热敏探测层202为微测辐射热计像元，其为三明治结构，包括红外吸收层、热敏层以及钝化层。双层S型隐藏桥腿201微测辐射热计200吸收膜系从上到下依次可以为：Si₃N₄吸收层、VO_X热敏感膜、Si₃N₄钝化层、上谐振腔、Si₃N₄支撑层203（即热绝缘桥腿）、NiCr电极层、Si₃N₄支撑层203、下谐振腔和Si衬底204。当微测辐射热计200工作时，被测物体释放红外光，热敏探测层202吸收红外光，从而改变热敏探测层202的阻值，其中如图2所示，该微测辐射热计200共有四个桥腿203，使得热敏探测层202与Si₃N₄支撑层203所在桥面完全分开，使其不再相互影响。若通过引线给该微测辐射热计200施加偏置电压，在该偏置电压的作用下会产生相应的电学信号输出，从而使得外部处理电路能够探测到相应电阻变化引起的微弱电流变化，从而达到红外探测的目的。

双层微桥结构的设计重点是将光学吸收材料所在桥面与热绝缘桥腿所在桥面完全分开，使其不再相互影响。在传统的双层微桥结构中，虽然热敏探测层具有更大的探测面积，但是双层结构制作工艺复杂，工艺实现难度，成本也有所提高，且中间电极层的力学性能较差，容易弯曲断裂。而且，大幅增加桥腿长度对器件的稳定性也有一定负面影响。

基于上述问题，本发明实施例提供一种微测辐射热计、制作方法及红外探测器，以改善器件结构的稳定性，增大红外吸收层面积，对器件的灵敏度和响应率也有明显增强。

本发明实施例提供的红外探测器可以包括微测辐射热计，当然还可以包括其它电路、芯片等。应理解，本发明实施例的红外探测器的类型可以为微波红外探测器、被动式红外/微波红外探测器、振动红外探测器、超声波红外探测器、激光红外探测器，不仅限于此。

图3A示出了本发明提供的单层微桥结构微测辐射热计的剖视结构示意图，图3B示出了本发明提供的单层微桥结构微测辐射热计的立体结构示意图。如图3A和图3B所示，本发明实施例提供的微测辐射热计300，包括：衬底301、热敏探测层303以及两个桥腿302。

上述衬底可以为各种可能的衬底，该衬底可以为可以形成电路的半导体衬底或非半导体衬底。例如：半导体衬底的材质可以包括硅、氮化硅、碳化硅基板、多晶硅中的一种或多种等，非半导体衬底的材质可以为玻璃、聚合物材料等，聚合物材料可以包括聚酰亚胺、塑料等。不管是半导体衬底还是非半导体衬底，当衬底的材质为多种时，衬底可以是含有多种材质的单层基板，也可以是每种材质单独形成一种基板，多种材质形成的基板层叠放置。

如图3A和图3B所示，上述两个桥腿302均形成在衬底301与热敏探测层303之间，桥腿302的存在使得衬底301与热敏探测层303中间形成谐振腔。当红外光线穿过热敏探测层303进入谐振腔时，在衬底301表面反射，进而再次被热敏探测层303吸收，从而提高了被测物体所释放的红外光线的吸收率。同时，两个桥腿302均形成在衬底与热敏探测层303之间，桥腿302不占据热敏探测层303红外吸收面，从而使得微测辐射热计300的红外吸收面积增大，可以保证微测辐射热计300可以吸收更多的红外光。

图3C示出了本发明实施例提供的相位梯度超表面的平面结构示意图。如图3C所示，可以将热敏探测层303的红外吸收层背光面定义为第一红外吸收层3031，将热敏探测层303向光面定义为第二红外吸收层3033。

如图3A~图3C所示，上述微测辐射热计300还包括形成在热敏探测层303向光面的第二红外吸收层3033的超表面结构304。当利用微测辐射热计300进行红外光探测时，超表面结构304可以将照射在述热敏探测层303的红外光波转换为由超表面结构304支配的表面波。此时表面波在空气中沿热敏探测层303表面传播，可以为红外光提供更多的时间与热敏探测层303接触，从而提高热敏探测层303的红外光的吸收率，进而增加微测辐射热计300的灵敏度。

示例性的，如图3A~图3C所示，上述热敏探测层303包括两层红外吸收层以及位于两层红外吸收层之间的热敏薄膜层3032；超表面结构304形成在热敏探测层303向光面的第二红外吸收层3033。可选的，热敏薄膜层3032为氧化钒、非晶硅等热敏材料中的一种。

基于此，在红外探测层向光面形成的超表面结构时，利用超表面结构和红外吸收层构成的双结构红外吸收层，以借助超表面结构的红外吸收增强作用提高红外吸收层的红外吸收能力。而当红外吸收层的红外吸收能力越高，热敏薄膜层的阻值的变化也就越明显，因此，当在热敏探测层中加上偏置电压时，在该偏置电压的作用下会产生相应的电学信号输出，从而使得外部处理电路能够探测到相应电阻变化引起的微弱电流变化，从而达到红外探测的目的。可见，本发明实施例微测辐射热计通过超表面结果可以保证热敏探测层有较高的吸收率，使得微测辐射热计具有良好的探测效果。

示例性的，当上述超胞的周期小于工作波长，超表面结构可以将红外波会的相位进行转化，从而将照射热敏探测层的红外光波转换为表面波。

如图3B和图3C所示，上述超表面结构304可以为相位梯度超表面结构，这是一种渐进相突变结构。相位梯度超表面结构304可以包括形成于红外吸收层表面的阵列化分布的多个超胞3041。超胞3041可以按照一定方式排列而形成相位梯度超表面结构304。应理解，相位梯度超表面结构304中的超胞3041排列方式包括3×3、4×4或者5×5中的至少一种。

如图3C所示，在一种示例中，每个超胞3041可以包括至少两个相变单元3042；并且该相变单元3042可以为相同或不同材料制得，该相变单元3042的材质可以为纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等金属材料中的一种或多种。

如图3B所示，为了方便后续描述，可以定义超胞3041的宽度x、长度y、厚度方向z。举例来说，同一超胞3041内，将各个相变单元3042的分布方向定义为第一方向，各个相变单元3042的延伸方向均为第二方向，且第二方向与第一方向垂直。各个相变单元3042均在第二方向的长度沿着第一方向增加或者减小。

如图3C所示，当第一方向为超胞3041的y方向，第二方向为超胞3041的x方向，若相变单元3042为条形结构，则各个条形结构沿着y方向分布，每个条形结构的延伸方向为超胞3041的y方向，且各个条形结构的延伸长度沿着超胞3041的长度增加。

图3C示出了本发明实施例的超胞分布结构示意图。如图3C所示，相位梯度超表面结构304一共有9个超胞3041，可以按照3×3的阵列排列方式形成在热敏探测层303向光面的第二红外吸收层3033，每个超胞3041可以包含5个长条结构的相变单元3042，各个超胞3041所含有的多个相变单元3042的延伸长度沿着同一方向增加。

如图3B和图3C所示，每个相变单元3042的厚度即沿图中z方向的厚度可以为300nm，其中一个超胞3041在第一方向上的尺寸为6μm，在第二方向上的尺寸为3μm；以及整个3×3像元结构在第一方向上的尺寸为18μm，在第二方向上的尺寸为9μm。

如图3A所示，在一种示例中，相位梯度超表面结构304-形成在热敏探测层303向光面的第二红外吸收层3033。各个超胞3041所含有的5个相变单元3042的长度均沿着箭头x所指示的方向增大，5个相变单元3042的长度依次可以为0.5μm、1.07μm、1.27μm、1.5μm和2.6μm，且上述5个相变单元3042沿第一方向的中轴线位于同一条直线上。

在一种示例中，上述表面波的振幅可以大于或等于1个相变单元的厚度，此时，表面波沿着超胞的长度方向传播时，其振动方向垂直于红外吸收层。当表面波的振幅可以大于或等于1个相变单元的厚度时，可以增加表面波与红外吸收层的表面接触几率，从而提高红外吸收层的红外吸收率。

举例来说，该表面波的振幅可以为1个~5个相变单元的厚度，也可以为1个~3个相变单元的厚度。相变单元的厚度可以为100nm~500nm。当相变单元的厚度为100nm、200nm、300nm或500nm。

表面波的振幅被控制在1个~5个相变单元的厚度，不仅可以表面波与红外吸收层的表面接触几率，还可以减少因为红外波振幅过大穿透热敏探测层所导致的红外光无法吸收的问题。可以理解的是，虽然热敏探测层与衬底之间具有谐振腔，使得衬底可以反射穿过热敏探测层进入谐振腔的红外光，但是因为红外光穿过热敏探测层时，其能量发生的较大的衰减，因此，当控制表面波的振幅时，可以有效缓解红外光穿过热敏探测层所造成的不必要能量损失，提高热敏探测层的红外吸收率。

考虑到表面波的振幅与相变单元的厚度有一定的关联，因此，当相变单元的厚度变化时，表面波的振幅也可能会发生一定的变化。而表面波的振幅与超胞的结构参数有一定的关系，因此，本领域技术人员可以基于超表面原理设计超胞的结构参数。基于此，本发明实施例的同一所述超胞内，相邻两个相变单元之间沿着第二方向的间距为200nm~300nm，每个相变单元沿着所述第二方向的长度为0.9μm。在此基础上，当相变单元的厚度可以为100nm~500nm，可以保证超胞结构与振幅更好地匹配，即就是在该振幅下表面波最大程度的接触热敏探测层表面，使得更多的红外光可以被热敏探测层所吸收，从而提高热敏探测层的红外吸收率。

如图3A所示，上述桥腿302包括导电夹层3021和两个绝缘层3022，沿着桥腿302的径向方向，导电夹层3021位于两个绝缘层3022之间。绝缘层3022可以作为主要支撑层使得桥腿302具有较好的力学性能。导电夹层3021具有良好的电学性能，而两个绝缘层3022可以作为支撑结构，不仅使得桥腿302的力学性能更加稳定，还可以对导电夹层3021具有一定的固定作用，使得导电夹层3021可以稳定的进行电信号传输。

在一种示例中，上述导电夹层和绝缘层均可以为导热性差的结构，其导热性可以从结构和材料两方面获取。

例如：导电夹层的热导率小于或等于100W/m·K。由于导电夹层本身具有热传导性，因此尽可能的将导电夹层的薄膜厚度做薄，以此来减少导电夹层的热量传输，从而在保证导电夹层具有导电性的情况下尽可能的减少导电夹层的导热性。

又例如：每个绝缘层为隔热绝缘层。当热敏探测层吸收红外光后，会使得热敏探测层的温度发生变化，桥腿作为支撑层直接与热敏探测层接触，采用隔热绝缘层以避免热敏探测层的吸收的热量能被桥腿导出，避免因绝缘层良好的热传导性而造成热敏探测层的能量损失，从而导致探测值与实际值相差较大。

在一种示例中，上述导电夹层的材质可以为包括铬、锰、钛合金中的至少一种；绝缘层可以包括氮化硅、碳化硅、多晶硅等绝缘材料中的一种。厚度控制

由上可见，本发明实施例提供的微测辐射热计可以保证热敏探测层吸收的热量尽可能不被桥腿导出。在此基础上，敏探测层在红外光照射前后的温度变化比较大，从而更为灵敏的探测到电信号，避免因为热量被桥腿导出所产生的热敏探测层红外探测能力低的问题。导电夹层形成于绝缘层内部，并且该导电夹层中间填充绝缘层形成绝缘层-导电夹层-绝缘层的桥腿结构，该绝缘层-导电夹层-绝缘层的桥腿结构不仅能支撑整个热敏探测层，又可以将热敏探测层所检测到的电学信号导出。同理，可以控制导电层的厚度，降低导电层的热传导能力，避免因导电层良好的热传导性而造成热敏探测层的能量损失，从而导致探测值与实际值相差较大。

在一种可选方式中，如图3A所示，上述导电夹层3021包括第一环形导电段30211、第二环形导电段30212和面状连接部30215，第一环形导电段30211和第二环形导电段30212沿着桥腿302的轴向方向分布。上述面状连接部30215用于连接第一环形导电段30211和第二环形导电段30212，并对第二环形导电段30212起到良好的支撑作用，当热敏探测层303电信号发生改变时，第一环形导电段30211和第二环形导电段30212可以通过该面状连接部30215导出该电信号。基于此种结构，导电夹层3021不仅具有良好的导电效果并且还可以作为辅助支撑层，辅助桥腿302支撑热敏探测层303。

如图3C所示，上述绝缘层3022包括内部绝缘层和外部绝缘层，内部绝缘层位于导电夹层3021的内部，外部绝缘层位于导电夹层3021的外部；内部绝缘层包括沿着桥腿302的轴向方向分布的第一绝缘段30213和第二绝缘段30214，连接导电夹层3021的面状连接部30215于第一绝缘段30213和第二绝缘段30214之间，第一绝缘段30213位于第一环形导电段30211的内部，第二绝缘段30214位于第二环形导电段30212的内部，外部绝缘层形成于第一环形导电段30211和第二环形导电段30212的外部。

如图3A所示，由于第一绝缘段30213以及第二绝缘段30214存在于第一环形导电段30211与第一环形导电段30211内部，面状连接部30215于第一绝缘段30213和第二绝缘段30214之间，基于此种沿着绝缘层3022轴向方向所形成的夹层结构，使得位于第一绝缘段30213和第二绝缘段30214之间的面状连接部30215更加稳固，从而使得导电夹层3021中的第一环形导电段30211与第二环形导电段30212与该面状连接部30215的连接更加稳定，即当热敏探测层303电信号发生改变时，输出的电信号更加稳定。

在一种示例中，如图3A所示，上述微测辐射热计300还包括分别与导电夹层3021接触的第一电极307和第二电极3011，上述第一电极307与第二电极3011可选的可以为金属材料，例如耐高温的钨、钼、钽、铌、钒、铬、钛等耐高温的金属。

如图3A所示，上述第一电极307形成于衬底上，第二电极3011形成于热敏探测层303中，第二电极3011与热敏探测层303中的热敏薄膜层3032接触。此时，上述第二环形导电段30212可以穿过位于热敏探测层303背光面的第一红外吸收层3031与第二电极3011接触。当加上偏置电压后，热敏探测层303电信号发生改变，该信号可通过第二电极3011向导电夹层3021传递电信号。

在一种可选方式中，如图3A所示，本发明实施例提供的微测辐射热计300还可以包括：当在衬底表面形成接口电路305时，第二电极3011与热敏探测层303中的热敏薄膜层3032接触，第一电极307与接口电路305接触，并且第一电极307与第二电极3011形成于桥腿302两端，基于第一电极307以及第二电极3011的存在，当热敏探测层303探测物体时，热敏探测层303可以直接将产生的电信号通过第二电极3011，经过桥腿302中的导电夹层3021传输至第一电极307，由于第一电极307与接口电路305接触，因此接口电路305可直接对该电信号进行信号处理。

如图3A所示，当未在衬底301表面形成接口电路305时，此时可以不形成第一电极307，采用外加引线的方式，外置处理电路，当热敏感层3032探测物体时，热敏探测层303可以将产生的电信号，通过第二电极3011，经过桥腿302中的导电夹层3021，外加引线与两个桥腿302中的导电夹层3021连接，通过外置电路对该电信号进行信号处理。

在一种示例中，如图3A所示，上述微测辐射热计300还可以包括接口电路305表面形成一层保护层306，该保护层306用于保护接口电路305并且和热敏探测层303的下表面形成谐振腔，当红外光穿过热敏探测层303进如谐振腔中，该红外光被反射至热敏探测层303背光面的第一红外吸收层3031，进行二次吸收。

可选的，如图3A所示，在上述保护层306表面还形成一层反射层308，该反射层308用于反射谐振腔中的红外光，上述两个桥腿302贯穿反射层308，反射层308用于反射穿过热敏探测层303进入谐振腔中的红外光，减小因反射而造成红外光能量的损失，从而使得红外探测器的探测更加精准。

图4A~图4M示出了本发明示例性实施例的微测辐射热计在不同制作阶段的结构状态示意图。如图4A~图4M所示，本发明实施例的微测辐射热计的制作方法包括：

如图4A所示，提供一衬底401。例如，准备与清洗衬底401，衬底401的材质可以参考前文，不作一一列举。

如图4B所示，在形成衬底401之后，可以选择性的在衬底401上形成接口电路402。接口电路402的形成工艺可以为常规的基础平面工艺。例如：沉积、光刻、离子注入等工艺，此处不作详述，可以参考现有工艺。

如图4C所示，可以在衬底401的上方形成两个第一电极403，例如：当形成接口电路402时可以在接口电路402的上方涂胶，形成涂胶层，然后利用如图5所示的掩膜版500对涂胶层进行光刻、显影，使得涂胶层用于形成个两个第一电极403的部位被刻蚀。接着可以进行上层接触电极的沉积，最后将剩余的涂胶层去除，从而获得两个第一电极403。第一电极403的材质可以参考前文，此处不作一一列举。应理解，图5所示的掩膜版500具有两个透光部501以及一个不透光部502，两个透光部501用以对涂胶层进行曝光，被曝光的部位通过显影，可获得两个通孔。

在实际应用中，本发明实施例的方法可以在制造图4A所示的结构基础上，执行步骤4C，也可以在执行步骤4B的基础上执行步骤4C。

如图4D所示，在接口电路402和两个第一电极403的表面形成保护层404。应理解，保护层404材料与绝缘层4062材质相同或不同。例如，当衬底401上形成有接口电路402，保护层404形成在接口电路402背离衬底401的表面。应理解，可以根据实际需要在形成保护层404前形成第一电极403或不形成第一电极403。

例如：可以通过CVD等方法沉积保护层404材料如氮化硅、碳化硅、二氧化硅中的至少一个。

如图4E所示，在保护层404的表面可以形成反射层405。例如，通过PVD等方法沉积反射层405，可选的反射层405为金反射层。

如图4F所示，接着在反射层405表面形成涂胶层，利用如图6所示的掩膜版600对涂胶层进行光刻，显影，进而刻蚀反射层405直到露出第一电极403，最后去除光刻胶，在反射层405位于第一电极403的部位形成两个通孔，该通孔贯穿反射层405并伸入保护层404，使得第一电极暴露。应理解，此处两个第一电极403对应的两个通孔大小与第一电极403大小一致，保证第一电极403为后期形成的桥腿406提供良好的支撑力。应理解，图6所示的掩膜版600具有两个透光部601以及一个不透光部602，两个透光部601用以对涂胶层进行曝光，被曝光的部位通过显影，可获得两个通孔。

如图4G~图4L所示，在衬底401的上方形成两个桥腿406，桥腿406包括两个绝缘层4062以及设在两个绝缘层4062之间导电夹层4061。应理解，每个桥腿406贯穿反射层405和保护层404与第一电极403接触。具体的，在衬底的上方形成两个桥腿可以包括：

首先，如图4G和图4H所示，在衬底401的上方形成具有两个第一通孔40621的绝缘材料层40618。应理解，每个第一通孔40621在衬底401的正投影位于相应第一电极403在所述衬底401的正投影内；此时，第一通孔40621的中轴线与第一电极403中轴线位于同一条直线，并且第一通孔40621位于第一电极403内部。具体的，如图4G所示，首先通过CVD等方法沉积绝缘材料层40618如二氧化硅、氮化硅、碳化硅等。如图4H所示，通过图6所示的掩膜版600进行光刻，显影、刻蚀绝缘材料层40618至露出第一电极403，使得绝缘材料层40618形成两个第一通孔40621。

其次，如图4I所示，至少在每个第一通孔40621的内侧壁形成与第一电极403接触的第一环形导电段40611。应理解，此处第一电极403与第一环形导电段40611相接触。例如，在绝缘层4062表面以及第一通孔40621内壁沉积一层连通金属如铬、锰、钛合金等热导率低的金属，此时形成第一环形导电段40611。

进而，如图4J和图4K所示，在第一通孔40621内形成第一绝缘段40612。应理解，第一绝缘段40612位于第一环形导电段40611的内部。例如，如图4J所示，当形成第一环形导电段40611后，在第一通孔40621内部以及绝缘材料层40618表面沉积上层绝缘材料层40619，使得第一环形导电段40611的内外均覆盖有绝缘材料，为后续形成绝缘层4062-第一环形导电段40611-绝缘层4062的桥腿406结构提供保证。接着如图4K所示，去除绝缘材料层40618表面沉积物，从而获得位于第一通孔40621内的第一绝缘段40612。

最后，如图4L所示，对绝缘材料层40618进行处理，获得外部绝缘层4062。应理解，外部绝缘层4062覆盖第一环形导电段40611背离第一绝缘段40612的表面。例如：在绝缘材料层40618的表面涂覆光刻胶，通过图7所示的掩膜版700对光刻胶进行光刻，接着刻蚀绝缘材料层40618至反射层405表面，此时形成两个桥腿406结构，最后去除残余的光刻胶。应理解，图7所示的掩膜版700具有两个不透光部701以及一个透光部702，透光部702用以对涂胶层进行曝光，被曝光的部位通过显影，可获得两个通孔。

如图4M~4U所示，在两个桥腿406上形成热敏探测层407，衬底401与所述热敏探测层407之间形成谐振腔。具体的，在两个桥腿406上形成热敏探测层407可以包括：

如图4M所示，在衬底401位于两个桥腿406之外的部位形成牺牲层409。应理解，牺牲层409的厚度与反射层405之和与导电夹层4061的厚度相同。例如，可以沉积如氮化硅、二氧化硅等牺牲材料，形成牺牲层。在牺牲层背离所述衬底的表面形成热敏探测层，具体包括：

首先，如图4N~4S所示，在牺牲层409背离衬底401的表面形成第一红外吸收层4071。

示例性的，首先，如图4N所示，沉积热敏探测层407背光面的第一红外吸收层4071材料如氮化硅。应理解，第一红外吸收层4071为热敏探测层407背光面的红外吸收表面也为谐振腔的上表面。

其次，如图4O所示，对第一红外吸收层4071表面进行图案化，使得第一红外吸收层4071具有两个第二通孔40617。应理解，此处第一环形导电段40611在衬底401上的正投影位于第二通孔40617在衬底401的正投影内；此种结构下图4O所示的第一通孔40621与第二通孔40617的中轴线位于同一直线上，第二通孔40617开口大小与图4O所示的第一通孔40621一致。具体的，在第一红外吸收层4071表面涂覆光刻胶，通过掩膜版600进行光刻，显影、刻蚀第一红外吸收层4071至暴露出第一环形导电段40611。

进而，如图4P所示，在每个第二通孔40617的内侧壁形成第二环形导电段40615，在每个第二通孔40617的底部形成面状导电部40613。应理解，此处第二环形导电段40615和面状导电部40613接触，面状导电部40613还与第一环形导电段40611接触。例如，在热敏探测层407背光面的第一红外吸收层4071表面以及第二通孔40617内壁沉积一层连通金属，该连通金属采用铬、锰、钛合金等热导率低的金属。

接着，如图4Q~4R所示，在每个第二通孔40617的内部形成第二绝缘段40614，在热敏探测层407背光面的第一红外吸收层4071表面以及第二环形导电段40615内沉积绝缘材料，此处绝缘材料参考前文绝缘层4062的材料，填充第二通孔40617部分，形成第二绝缘段40614。

最后，如图4S所示，在第一红外吸收层4071的表面形成两个第二电极40616。例如，刻蚀器件表面至去掉表面层中的接触金属材料。在第一红外吸收层4071的表面涂覆光刻胶，通过图5所示的掩膜版500进行光刻，显影，然后进行第二电极40616的沉积，第二电极40616形成后去除其余部分的光刻胶。

其次，如图4T所示，在第一红外吸收层4071背离衬底401的表面和两个第二电极40616背离衬底401的表面形成热敏感层4072。例如，在第一红外吸收层4071背离衬底401表面形成热敏感层4072。通过CVD等方法在第一红外吸收层4071背离衬底401表面沉积热敏感层4072，此处热敏感层4072的材料参考前文，不一一列举，本发明中选用氧化钒作为热敏感层4072。

最后，如图4U所示，在热敏感层4072背离衬底401的表面形成第二红外吸收层4073；在热敏感层4072表面形成热敏探测层407向光面的第二红外吸收层4073表面。通过CVD等方法在热敏感层4072表面沉积热敏探测层407向光面的第二红外吸收层4073材料，基于此，形成热敏探测层407，此处红外吸收层材料的选取参考前文，不一一列举，本发明中第二红外吸收层4073材料选用氮化硅。

如图4V~4W所示，在热敏探测层407的向光表面形成超表面结构4081。例如，首先通过PVD等方法沉积金层，进而在金层408表面涂光刻胶，通过图8所示的掩膜版800进行光刻，显影，刻蚀金属金，最后去除额外的光刻胶，在热敏探测层407的第二红外吸收层4073表面形成超表面结构4081。应理解，图8所示的掩膜版800具有条形不透光部801以及一个透光部802，透光部802用以对涂胶层进行曝光，被曝光的部位通过显影，可获得超表面结构4081。

如图4X所示，图4X示出了本发明实施例提供的微测辐射热计400的膜层结构示意图。使用氢氟酸等腐蚀液将牺牲层409腐蚀去掉，将桥腿406结构裸露出来。得到新型微测辐射热计400的像元结构。

在以上的描述中，对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。

Claims (15)

1.一种微测辐射热计，其特征在于，包括：衬底、热敏探测层以及两个桥腿，两个所述桥腿均形成在所述衬底与所述热敏探测层之间，所述衬底与所述热敏探测层之间形成谐振腔；

其中，所述微测辐射热计还包括形成在所述热敏探测层的向光面的超表面结构，所述超表面结构用于将照射所述热敏探测层的红外光波转换为表面波，所述桥腿包括导电夹层和两个绝缘层，沿着所述桥腿的径向方向，所述导电夹层位于两个所述绝缘层之间。

2.根据权利要求1所述的微测辐射热计，其特征在于，所述超表面结构为相位梯度超表面结构；所述超表面结构包括底板以及阵列化分布的多个超胞，所述超胞的周期长度小于被测物体所释放的红外波长。

3.根据权利要求2所述的微测辐射热计，其特征在于，每个所述超胞包括至少两个相变单元，所述表面波的振幅为1个~5个相变单元的厚度。

4.根据权利要求3所述的微测辐射热计，其特征在于，同一所述超胞内，各个所述相变单元沿着第一方向分布，各个所述相变单元均在第二方向的长度沿着第一方向增加或者减小，所述第二方向与所述第一方向垂直；

同一所述超胞内，相邻两个所述相变单元之间沿着所述第二方向的间距为200~300nm，每个所述相变单元在所述第一方向的宽度为0.5μm、1.07μm、1.27μm、1.5μm和2.6μm。

5.根据权利要求1~4任一项所述的微测辐射热计，其特征在于，每个所述绝缘层为隔热绝缘层；

所述导电夹层的热导率小于或等于100W/m·K，所述导电夹层的材质包括铬、锰、钛合金中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的微测辐射热计，其特征在于，所述两个绝缘层包括内部绝缘层和外部绝缘层，所述内部绝缘层位于所述导电夹层的内部，所述外部绝缘层位于所述导电夹层的外部；

所述导电夹层包括第一环形导电段、第二环形导电段和面状连接部，所述第一环形导电段和所述第二环形导电段沿着所述桥腿的轴向方向分布，所述面状连接部连接所述第一环形导电段和所述第二环形导电段；

所述内部绝缘层包括沿着所述桥腿的轴向方向分布的第一绝缘段和第二绝缘段，所述面状连接部位于所述第一绝缘段和所述第二绝缘段之间，所述第一绝缘段位于所述第一环形导电段的内部，所述第二绝缘段位于所述第二环形导电段的内部，所述外部绝缘层位于所述第一环形导电段和所述第二环形导电段的外部。

7.根据权利要求6所述的微测辐射热计，其特征在于，所述热敏探测层包括两层红外吸收层以及位于两层所述红外吸收层之间的热敏薄膜；所述超表面结构形成在向光面的所述红外吸收层；

所述微测辐射热计还包括分别与所述导电夹层接触的第一电极和第二电极，所述第二电极形成于所述热敏探测层中，所述第二电极与所述热敏薄膜接触。

8.根据权利要求7所述的微测辐射热计，其特征在于，所述微测辐射热计还包括反射层，所述反射层位于所述衬底的上方，所述谐振腔位于所述反射层与所述热敏探测层之间；

所述微测辐射热计还包括接口电路层和保护层，所述接口电路层形成在所述衬底上，所述保护层形成在所述接口电路背离所述衬底的表面，所述第一电极贯穿所述保护层，所述第一电极与所述导电夹层接触。

9.一种微测辐射热计的制作方法，其特征在于，包括：

提供一衬底；

在所述衬底的上方形成两个桥腿，所述桥腿包括两个绝缘层以及设在两个所述绝缘层之间导电夹层；

在两个所述桥腿上形成热敏探测层，所述衬底与所述热敏探测层之间形成谐振腔；

在所述热敏探测层的向光表面形成超表面结构。

10.根据权利要求9所述的微测辐射热计的制作方法，其特征在于，当所述微测辐射热计为权利要求7所述的微测辐射热计，提供一衬底后，所述在所述衬底上方形成两个桥腿前，所述微测辐射热计的制作方法还包括：

在所述衬底的上方形成两个第一电极；

所述在所述衬底的上方形成两个桥腿，包括：

在所述衬底的上方形成具有两个第一通孔的绝缘材料层，每个所述第一通孔在所述衬底的正投影位于相应所述第一电极在所述衬底的正投影内；

至少在每个所述第一通孔的内侧壁形成与所述第一电极接触的第一环形导电段，在所述第一通孔内形成第一绝缘段，所述第一绝缘段位于所述第一环形导电段的内部；

对所述绝缘材料层进行处理，获得外部绝缘层，所述外部绝缘层覆盖所述第一环形导电段背离所述第一绝缘段的表面。

11.根据权利要求10所述的微测辐射热计的制作方法，其特征在于，在两个所述绝缘层上形成热敏探测层，包括：

在所述衬底位于两个所述桥腿之外的部位形成牺牲层；

在所述牺牲层背离所述衬底的表面形成第一红外吸收层；

在第一红外吸收层的表面形成两个第二电极；

在所述第一红外吸收层背离所述衬底的表面和所述两个第二电极背离所述衬底的表面形成热敏感层，在所述热敏感层背离所述衬底的表面形成第二红外吸收层；

所述第一红外吸收层具有两个第二通孔，所述第一环形导电段在所述衬底上的正投影位于所述第二通孔在所述衬底的正投影内；

在所述衬底位于两个所述桥腿之外的部位形成牺牲层后，在所述第一红外吸收层的表形成两个第二电极前，所述在所述衬底的上方形成两个桥腿还包括：

在每个所述第二通孔的内侧壁形成第二环形导电段，在每个所述第二通孔的底部形成面状导电部，所述第二环形导电段和所述面状导电部接触；

在每个所述第二通孔的内部形成第二绝缘段。

12.根据权利要求10所述的微测辐射热计的制作方法，其特征在于，所述提供一衬底后，所述在所述衬底的上方形成两个第一电极前，所述微测辐射热计的制作方法还包括：

在所述衬底的上方形成接口电路；

所述在所述衬底的上方形成两个第一电极后，所述在所述衬底上方形成两个桥腿前，所述微测辐射热计的制作方法还包括：

在所述接口电路和两个所述第一电极的表面形成保护层；

在所述保护层的表面形成反射层，每个所述桥腿贯穿所述反射层和所述保护层与相应所述电极接触。

13.根据权利要求12所述的微测辐射热计的制作方法，其特征在于，在两个所述绝缘层上形成热敏探测层，包括：

在所述反射层的上方形成牺牲层，所述牺牲层的厚度与所述反射层之和与所述导电夹层的厚度相同；

在所述牺牲层背离所述衬底的表面形成所述热敏探测层；

去除所述牺牲层。

14.根据权利要求12所述的微测辐射热计的制作方法，其特征在于，所述提供一衬底后，所述在所述衬底的上方形成两个所述第一电极前，所述方法还包括：

在所述衬底上形成接口电路；

在所述接口电路上形成保护层，所述保护层材料与所述绝缘层材质相同或不同。

15.一种红外探测器，其特征在于，包括权利要求1~8任一项所述的微测辐射热计的结构。

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