CN116529572A - 红外探测器形成方法及相关联的红外探测器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种形成红外探测器(10a)的方法，包括以下步骤：‑在覆盖基板(12)中限定光学窗口(11)；光学窗口(11)的所述限定包括在所述光学窗口(11)的上表面(17)上形成多层干涉滤光器(20)或周期性衍射光栅(21)，以及在所述光学窗口(11)的下表面(16)上形成周期性衍射光栅(21)；‑将间隔件(14a)阳极结合(13)到所述覆盖基板上；‑将设置的所述覆盖基板转移到底部基板(18)上；以及‑将所述间隔件(14a)气密结合到所述底部基板(18)上。

Description

红外探测器形成方法及相关联的红外探测器
技术领域
本发明涉及红外探测、特别是实施微测辐射热计的探测的技术领域。本发明涉及一种形成红外探测器的方法以及相关联的红外探测器。
在本发明的意义上，红外探测器或传感器由通常以基础探测元件的阵列形式出现的基础探测元件形成。因此，基础红外探测器形成从红外传感器得到的红外图像的像素。
更特别地，本发明的目的是在不降低性能水平的情况下得到具有小的有效探测表面积的红外探测器。
背景技术
红外探测器传统上以悬设在底部基板上的微测辐射热计的形式出现，并封装在气密包装中。气密包装通常由覆盖物和固定在底部基板和覆盖物之间的侧壁限定。覆盖物在感兴趣的波长范围内(通常在2微米和14微米之间)是透明的，而红外探测器一般在8微米和14微米之间的波长范围内是敏感的。
为了改进红外探测器的性能，在与微测辐射热计相对的覆盖物中结构化有光学窗口。光学窗口设置有滤光器，该滤光器被构造成使2微米至8微米范围内的波长衰减，使得微测辐射热计仅捕捉8微米和14微米之间的感兴趣的波长。
此外，红外探测器的性能还取决于气密包装内的真空度。为了保证得到预期性能所必需的微测辐射热计和下基板之间的隔热，气密包装中的真空度通常应低于10-3mbar。传统上通过沉积在基板或光学窗口外部的壁上的一个或多个吸气剂得到该真空度。
应当注意，真空度也取决于气密包装的体积。事实上，微测辐射热计制造技术导致吸收或捕获底部基板和微测辐射热计中的分子。于是，在气密包装的密封期间，分子被解吸(desorbed)，并导致真空度的降低。
随着所述体积的减小，解吸分子的量在由气密包装限定的体积中具有增加的比例。事实上，解吸分子的部分不能通过微测辐射热计尺寸的减小而减少。因此，对于气密包装的恒定高度的情况而言，红外探测器的探测表面的减小(通常为了形成较小尺寸的像素)导致气密包装中的真空度的降低。这导致红外探测器的性能降低。
此外，存在能够形成红外探测器的腔的不同方法。通常，可以区分用于形成覆盖物的两种技术：使用多个牺牲层来沉积覆盖物的单片集成技术，以及使用基板的转移(transfer)来形成覆盖物的转移技术。
单片集成技术包括通过使用一个或多个牺牲层在单个基板上形成微测辐射热计和气密包装。
转移技术包括：一方面，形成悬设在包装的底部基板上的微测辐射热计，另一方面，在覆盖基板上形成覆盖物和壁。然后将覆盖基板转移并密封到真空罩壳中的底部基板上，以形成气密包装。
本发明仅涉及这种转移技术。这种制造技术例如已经在文献US5,895,233中说明，然后在文献US 6,586,831和US 7,375,331中尤其得到改进。
如今，最常用的转移技术是文献US 2017/328779中说明的技术，并在图1中的现有技术示出。根据该技术，覆盖基板120由“SOI”(“绝缘体上的硅”)类型的晶片形成。如图1a所示，覆盖基板120主要包括沉积在薄的绝缘体层122上的硅层121，该薄的绝缘体层122本身沉积在薄的硅层123上。如图1b所示的第一步骤包括通过深度反应离子蚀刻使硅层121结构化以到达绝缘体层122，以便界定气密包装的壁。
然后如图1c所示，通过干法或湿法蚀刻至少在气密包装的旨在出现在微测辐射热计前面的部分中移除绝缘体层122。然后，在开始形成光学窗口11和光学窗口11上的滤光器之前，清洁硅层123，如图1d所示。
通过在光学窗口11的两个表面上沉积一叠锗-硫化锌涂层来获得滤光器，形成两个多层干涉滤光器200。每个多层干涉滤光器200在2微米和8微米之间的波长范围内呈现衰减，并且使用两个滤光器能够增加光学窗口11上的入射辐射滤波增益。
在形成覆盖基板120之后，覆盖基板120然后被转移到底部基板18上，底部基板18上悬设有微测辐射热计19，如图1e所示。在转移期间，覆盖基板120翻转，表面16成为覆盖基板120的下表面，而表面17成为所述基板的上表面。如图1f所示，转移步骤以在底部基板18和由硅层121形成的壁之间进行气密结合而结束。底部基板18通常由硅制成，因此借助由金-锡制成并且被加热到300℃至350℃的范围内的温度的结合层15在两个硅层之间进行气密结合。
利用这种技术，可以在同一晶片上同时形成多个红外探测器100a。如图1g所示，最后一个步骤包括切割底部基板18和覆盖基板120以分离由此形成的不同的红外探测器100a。
然而，文献US 2017/328779中说明的该技术发现了局限性，因为在“SOI”类型晶片中硅层121的厚度传统上小于75微米。因此，在传统的“SOI”晶片的情况下，不可能形成具有高度大于75微米的壁的气密包装，因为硅层121旨在形成气密包装的壁。
可以使用具有例如300微米的较厚硅层121的“SOI”晶片，但是这种“SOI”晶片特别昂贵并且结构复杂。事实上，通过使用这种类型的“SOI”晶片，需要加工较厚的硅层以达到绝缘层122，从而导致光学窗口的下表面的结构化精度的降低。
因此，对于具有低探测表面积的红外探测器而言，该技术不能保证通常小于10- 3mbar的可接受的真空度，因为出于经济考虑不可能将气密包装的高度增加到超过75微米。此外，这种技术使用特别昂贵的“SOI”类型晶片和结构化工艺。
例如，在文献WO 2019/154465中说明并在图2中示出的最近的技术包括使用高度大于75微米的间隔件来形成气密包装的壁。利用这种间隔件，可以实施例如由硼硅酸盐玻璃制成的玻璃覆盖基板12。如图2a所示，第一步骤包括限定光学窗口11并在光学窗口11的任一侧形成两个多层干涉滤光器200。
如参照图1所说明的，每个多层干涉滤光器200在2微米和8微米之间的波长范围内呈现衰减，并且使用两个滤光器能够增加光学窗口11上的辐射入射滤波增益。
当形成光学窗口11和多层干涉滤光器200时，第二步骤包括在覆盖基板12上执行由硅制成的间隔件14a的阳极结合(anodic bonding)13，如图2b所示。阳极结合13需要明显的温度上升(通常在250℃至500℃之间)以获得硅间隔件14a到玻璃覆盖基板12上的结合。
通过使用如图2c所示的同一底部基板18，可以将间隔件14a和覆盖基板12转移到底部基板18上。然后如图2d所示，在间隔件14a和底部基板18之间进行气密结合。如图2e所示，最后一个步骤包括切割晶片以分离由此形成的不同的红外探测器100b。
尽管该技术能够通过使用高度大于75微米的间隔件14a来增加气密包装的高度，但是阳极结合操作13导致覆盖基板12的明显的温度上升并且有导致存在于光学窗口11的任一侧的多层干涉滤光器200劣化的风险。这使得由于光学窗口11上存在的滤波的降低而导致红外探测器的性能下降。
因此，这种气密包装制造技术能够在通过增加腔的高度而减小探测表面积时维持气密包装的体积，但是红外探测器的性能也由于多层干涉滤光器200的性能下降而降低。
为了部分地解决该问题，可以在光学窗口上形成多层干涉滤光器之前将间隔件结合到覆盖基板上，使得间隔件和覆盖基板之间的阳极结合不会导致多层干涉滤光器的性能下降。
然而，这种解决方案使工艺流变得复杂。事实上，多层干涉滤光器的形成和阳极结合的形成实施了两种不同的技术和非常不同的生产工具。附加地，在腔侧，必须在腔底部进行多层沉积，这也使得工艺变得复杂。
因此，不同的实体当前一方面形成多层干涉滤光器，另一方面形成阳极结合。因此，为了在形成多层干涉滤光器之前形成具有结合到覆盖基板的间隔件的红外探测器，应当将覆盖基板发送给第一承包者(subcontractor)以在覆盖基板和间隔件之间进行第一阳极结合。由此形成的覆盖物将被发送到第二承包者以形成多层干涉滤光器。然后，由此形成的覆盖物应当被发送回第一承包者，以进行覆盖基板和底部基板之间的第二结合。与图1的需要单次运输的实施方式相反，这种解决方案在物流方面实施起来会更加复杂。
本发明要克服的技术问题是，形成一种在保持红外传感器的现有性能并限制物流约束的同时具有小探测表面积的红外探测器。
发明内容
为了解决该技术问题，本发明提出将多层干涉滤光器或周期性衍射光栅与周期性衍射光栅组合，使得后者位于覆盖基板的与间隔件阳极结合的表面上。
事实上，本发明源于下述观察，根据该观察，由于周期性衍射光栅的性质不同于多层干涉滤光器的性质，所以周期性衍射光栅在由阳极结合产生的温度上升期间不会改变。
因此，通过将覆盖基板的结合间隔件的表面上的周期性衍射光栅和沉积在覆盖基板的另一表面上的多层干涉滤光器或周期性衍射光栅组合，可以得到抵抗由阳极结合工艺引起的高结合温度的组件。
因此，本发明能够实施具有阳极结合的间隔件，以增加气密包装的体积而不产生损坏光学窗口的风险。对于传统应用、即没有间隔件并且用于单元包装，在文献EP 2 613181中进一步说明了将多层干涉滤光器和周期性衍射光栅组合的这种技术。
为此目的，根据第一方面，本发明涉及一种形成红外探测器的方法，包括以下步骤：
-在被称为覆盖基板的第一基板中限定光学窗口；
-在所述光学窗口的外围处将间隔件阳极结合到所述覆盖基板的下表面上，以形成包装的侧壁；
-将设置有所述间隔件的所述覆盖基板转移到被称为底部基板的第二基板上，所述底部基板具有悬设在所述底部基板上的至少一个微测辐射热计；以及
-将所述间隔件气密结合在所述底部基板上，以围绕所述至少一个微测辐射热计形成气密包装。
本发明的特征在于，限定光学窗口的步骤包括：在所述光学窗口的上表面上形成多层干涉滤光器或周期性衍射光栅，并且在所述光学窗口的下表面上形成周期性衍射光栅；所述上表面的多层干涉滤光器或周期性衍射光栅被构造成使2微米至x微米的范围内的第一波长区间中的入射辐射衰减；所述下表面的周期性衍射光栅被构造成使y微米至8微米的范围内的第二波长区间中的入射辐射衰减；其中x在2微米至8微米的范围内，而y小于或等于x。
换言之，本发明在于具有光学窗口的覆盖基板与间隔件的组合，具有光学窗口的覆盖基板包括具有多层干涉滤光器或周期性衍射光栅的第一表面和具有周期性衍射光栅的第二表面，间隔件通过阳极结合而结合到第二表面。当第一表面具有多层干涉滤光器时，可以在将间隔件阳极结合到覆盖基板的下表面上的步骤之后形成多层干涉滤光器。
上表面的多层干涉滤光器或周期性衍射光栅和下表面的周期性衍射光栅被构造成对入射辐射进行两种不同的滤波：2微米和x微米之间的第一滤波以及y微米和8微米之间的第二滤波。
设想x和y等于5，则上表面滤光器使光学窗口的在2微米和5微米之间的第一波长范围内的透射衰减，而下表面滤光器使光学窗口的在5微米和8微米之间的第二波长范围内的透射衰减。
根据另一示例，设想x等于6且y等于4，则上表面滤光器使光学窗口的在2微米和6微米之间的第一波长范围内的透射衰减，并且下表面滤光器使光学窗口的在4微米和8微米之间的第二波长范围内的透射衰减。
为了在2微米和8微米之间的整个波长范围内得到上表面滤光器与下表面滤光器的这种组合，x必须在2微米至8微米的范围内，并且y必须小于或等于x。
因此，通过上表面滤光器与下表面滤光器的组合，本发明能够由于使用间隔件而通过腔的高度形成具有小的占用区(footprint)和高的体积的气密包装的红外探测器，同时保持红外探测器的性能。例如，间隔件可以具有大于75微米的高度、或者在150微米至250微米范围内的高度，即厚度大于通过诸如文献US 2017/328779中说明的和现有技术的图1中所示的“SOI”类型晶片的结构化能够得到的厚度。
在红外探测器的光学窗口的表面中的至少一者上，由根据本发明的周期性衍射光栅代替多层干涉滤光器，能够非常显著地改进组件质量的工业控制，即改进干扰携带有用信息的入射波前传播的结构缺陷的密度和尺寸。
事实上，可以利用沉积步骤、例如通过形成一叠锗-硫化锌层来实现在上表面上形成多层干涉滤光器。然而，该沉积步骤的缺陷的管理很难控制，并且多层干涉滤光器在2微米和8微米之间的波长范围内的传统使用需要使用复杂的专门技术，使得上限不会使由微测辐射热计捕捉的波长范围劣化。
通过减小上表面滤光器的在2微米和x微米(x小于8微米)之间的衰减波长范围，上表面滤光器的形成约束极大地减少并且转移到下表面的周期性衍射光栅类型的滤光器上。
可以借助常规的制造技术形成周期性衍射光栅，并且这是可重复的和精确的。特别地，使用半透明锗或硅类型的半导体基板使得能够使用源自微电子学的技术，更特别地包括由光刻法限定的光栅的掩模形成，以及在清洁环境中通过干法蚀刻形成凸起或凹陷的图案。因此，覆盖基板优选地由硅制成，因为目前针对该类型的基板改进了这种制造技术。
优选地，至少一个周期性衍射光栅呈现阿基米德(Archimedean)或彭罗斯(Penrose)晶格。事实上，六边形周期性衍射光栅在5微米至8微米的范围内引起平均80％的衰减，而具有阿基米德平铺的光栅在该相同范围内允许大于90％或甚至95％的平均衰减。如果光栅包括“准晶体”类型的网格，则可以得到有利的高阶对称性。
例如，至少一个周期性衍射光栅可以对应于源自彭罗斯平铺的二维图案的光栅。这些平铺呈现周期性重复的图案，具有5阶或10阶的对称性。例如，这种光栅可以根据“Construction de pavages du plan par la méthode desmulti-grilles”(DenisGratias，LEM-CNRS/ONERA，2002)所说明的方法来形成。
作为变型方案，至少一个周期性衍射光栅可以对应于所谓的阿基米德图案的光栅，其周期性地重复以形成具有12阶对称性的较大图案。特别地，源自阿基米德平铺的图案的周期性衍射光栅在衰减范围和透射范围之间提供了小宽度的过渡，即对于约8微米的剪裁(cut-off)而言宽度为大致2微米。
相反地，正方形网格光栅的剪裁带将延伸到较大的光谱带上，对于约8微米的剪裁而言通常宽度为大致2.5微米。
因此，下表面的周期性光栅可以在y微米和8微米之间的波长范围内呈现有效的衰减。
因此，上表面上的多层干涉滤光器和周期性衍射光栅以及下表面上的周期性衍射光栅的组合提供了低缺陷水平的良好控制和再现性，这比通常通过沉积两个多层干涉滤光器所实现的要好得多。
除了在光学窗口的上表面上形成滤光器和在光学窗口的下表面上形成周期性衍射光栅之外，光学窗口限定步骤可以集成覆盖基板的结构化以减小其在光学窗口的水平(level)处的厚度。
本发明源于令人惊讶的观察结果，根据该观察结果，周期性衍射光栅比多层干涉滤光器更有效地抵抗阳极结合后的温度上升。此外，在阳极结合之后沉积的多层干涉滤光器和在阳极结合之前沉积的周期性衍射光栅的组合能够限制多层干涉滤光器的形成约束。优选地，光学窗口具有在700微米至800微米范围内的厚度。
本发明提供了两个实施方式，其不同之处在于所用间隔件的性质：间隔件由玻璃制成，或者间隔件由硅制成。
在第一实施方式中，间隔件由玻璃制成，并且底部基板上的气密结合集成了金属结合(metal bonding)，金属结合例如是借助由金-锡制成并且被加热到300℃至350℃范围内的温度的密封环得到的结合。在该第一变型方案中，第一承包者可以在将由此形成的覆盖基板传送给第二承包者之前形成上表面的周期性衍射光栅和下表面的周期性衍射光栅。然后，承包者可以进行间隔件的结合以及覆盖基板的转移和结合，从而以单次运输完成红外探测器。可以通过金属结合来完成覆盖基板到底部基板的结合。当在上表面上形成多层干涉滤光器时，第二承包者在覆盖基板与底部基板结合时发送部件，然后第一承包者可以形成多层干涉滤光器。
该第一变型方案能够得到特定的红外探测器，其中间隔件由玻璃制成。
因此，该特定红外探测器包括：
-底部基板，其具有悬设在其上的至少一个微测辐射热计；
-壁，其通过由玻璃制成的间隔件形成，所述间隔件结合到所述底部基板上；以及
-覆盖基板，其通过阳极结合而结合到所述间隔件上，所述覆盖基板具有光学窗口，所述光学窗口包括：
■配置在所述光学窗口的上表面上的多层干涉滤光器或周期性衍射光栅；以及
■配置在所述光学窗口的所述下表面上的周期性衍射光栅；
所述上表面的所述多层干涉滤光器或所述周期性衍射光栅被构造成使2微米至x微米的范围内的第一波长区间中的入射辐射衰减；
所述下表面的所述周期性衍射光栅被构造成使y微米至8微米的范围内的第二波长区间中的入射辐射衰减；其中x小于8微米，而y小于或等于x。
此外，在该第一实施方式中，间隔件晶片可以在光学窗口的外围处将间隔件阳极结合到覆盖基板的下表面上之前或之后被结构化，以形成包装的侧壁。在阳极结合之前，可以使用激光结构化来将间隔件晶片结构化，并且在阳极结合之后，可以使用湿法蚀刻来将间隔件结构化。
在第二实施方式中，间隔件由硅制成，并且经由嵌入件结合到覆盖基板。间隔件借助由玻璃制成的嵌入件结合到覆盖基板的下表面上。为此目的，嵌入件在借助阳极结合而结合到间隔件之前被沉积在覆盖基板的下表面上，底部基板上的气密结合对应于金属结合。替选地，由玻璃制成的嵌入件在借助阳极结合而结合到覆盖基板之前被沉积在间隔件上。
在该第二实施方式中，第一承包者可以在将由此形成的覆盖基板传送给第二承包者之前形成上表面的周期性衍射光栅和下表面的周期性衍射光栅。然后，第二承包者可以进行间隔件的结合以及覆盖基板的转移和金属结合，从而以单次运输完成红外探测器。当在上表面上形成多层干涉滤光器时，第二承包者在覆盖基板与底部基板结合时发送部件，然后第一承包者可以形成多层干涉滤光器。
该第二实施方式能够得到另一种特定的红外探测器，其与第一实施方式的红外探测器一样，具有与光学窗口相关联的间隔件，该光学窗口在上表面上具有多层干涉滤光器或周期性衍射光栅，并且在下表面上具有周期性衍射光栅。
因此，该第二特定红外探测器包括：
-底部基板，其具有悬设在其上的至少一个微测辐射热计；
-壁，其通过由硅制成的间隔件形成，所述间隔件结合在所述底部基板上；
-由玻璃制成的嵌入件，其结合到所述间隔件上；以及
-覆盖基板，其通过阳极结合而结合到所述嵌入件上，所述覆盖基板具有光学窗口，所述光学窗口包括：
■配置在所述光学窗口的上表面上的多层干涉滤光器或周期性衍射光栅；以及
■配置在所述光学窗口的所述下表面上的周期性衍射光栅；
所述上表面的所述多层干涉滤光器或所述周期性衍射光栅被构造成使2微米至x微米的范围内的第一波长区间中的入射辐射衰减；
所述下表面的所述周期性衍射光栅被构造成使y微米至8微米的范围内的第二波长区间中的入射辐射衰减；其中x小于8微米，而y小于或等于x。
上述两个实施方式能够得到具有低物流约束的制造方法，因为仅需要单次运输。
附图说明
通过结合附图阅读仅作为示例提供的以下说明将更好地理解本发明，其中相同的附图标记表示相同或类似的元件，在附图中：
-图1a-图1g示出了根据现有技术的第一实施方式的红外探测器的形成步骤；
-图2a-图2e示出了根据现有技术的第二实施方式的红外探测器的形成步骤；
-图3a-图3f示出了根据本发明的第一实施方式的红外探测器的形成步骤；
-图4a-图4g示出了根据本发明的第二实施方式的红外探测器的形成步骤；
-图5是用于限定阿基米德平铺的六边形平铺；
-图6是示出基于图5的平铺的阿基米德平铺的网格的三个点的视图；以及
-图7是包括根据阿基米德平铺配置的圆形焊盘的衍射光栅的俯视图。
具体实施方式
图3a-图3f示出了使用由玻璃制成的间隔件14a形成红外探测器10a的方法的第一实施方式。
在图3e中，红外辐射热测探测器10a包括底部基板18，底部基板18在其上表面处包括读取电路、敏感视网膜和隔热臂，敏感视网膜由借助机械支撑件悬设在读取电路上方的多个辐射热测膜19形成。膜19分别形成探测器的对红外辐射(尤其是波长范围在8微米和14微米之间的红外辐射)敏感的点。视网膜被放置在光学系统(未示出)的焦平面中。
读取电路与图3e中的底部基板18没有区别，但也可以以组装在传统包装的底部的内表面上的电子芯片的形式放置。读取电路还包括借助膜19形成有用信号所必需的寻址和偏置电路(也未示出)。
探测器10a还包括形成在覆盖基板12上的光学窗口11，该光学窗口11位于视网膜的前方并放置在所述视网膜和底部基板18之间的光路上。在图3a-图3f的实施方式中，通过由玻璃制成的间隔件14a得到覆盖基板12和底部基板18之间的距离。
由底部基板18、覆盖基板12和间隔件14a形成的组件形成用于视网膜的机械保护包装，并在降低的气体压力下限定通常气密的腔。
如图3a所示，形成红外探测器10a的方法的第一步骤包括在覆盖基板12中限定光学窗口11。例如，光学窗口11具有在700微米至800微米范围内的厚度。在该步骤中，与覆盖基板12安装在底部基板18上时覆盖基板12的位置相比，覆盖基板12优选地被翻转。
覆盖基板12以单件和单一矿物材料(诸如硅或锗)形成，这提供了良好的机械保持和令人满意的与间隔件14a气密集成的能力，同时能够借助光刻法和蚀刻技术对其表面进行纹理化。
覆盖基板12的下表面16、即当覆盖基板12安装在底部基板18上时最接近视网膜的表面被纹理化，以具有形成衍射光栅的图案的周期性光栅21，例如凸起焊盘的光栅。
衍射光栅21被设计成使窗口11的在y微米和8微米之间的第二波长范围内的一般光学透射衰减，其中y小于或等于x。更具体地，将光栅21的特性(即尤其是其图案的几何形状、基本上它们的填充率)和光栅的占用区p选择成使得包括在第二范围内的波长偏离衍射角，从而这些波长不入射到视网膜上。由此衍射的能量不再沿着探测器10a的光轴透射，而是根据入射半空间中的高角度偏离所述光轴，使得辐射在这种波长下不会到达焦平面。在焦平面上形成的图像的结果相当于针对该波长范围的严重透射衰减。
衍射光栅有利地借助通常的现有技术的光刻法和蚀刻技术形成，这允许大规模生产和高再现性，使得衍射光栅的缺陷的尺寸和密度非常有限。
有利地，衍射光栅21的光学特性是各向同性的，以避免对辐射的特定偏振具有选择性。事实上，在大多数红外成像类型的应用中收集的辐射没有特定的偏振特征。
为此目的，光栅21具有高对称性，尤其是4阶(order)或6阶、即正方形或六边形，或更高的阶。如果相反地，例如需要透射/衍射偏振各向异性，则其他布局当然也是可能的。
高对称性的优点还来自于下述事实，即对应于光栅衍射的透射的辐射强度的衰减、即滤波光谱的第二部分中的衰减随着光栅对称性的阶非常明显地增加。因此，例如当y等于5时，六边形光栅在5微米至8微米的范围内引起80％的平均衰减，而具有阿基米德平铺(tiling)的光栅允许在该相同范围内大于90％或甚至95％的平均衰减。
如果光栅21包括“准晶体”类型的网格，则可以得到有利的高阶对称性。例如，光栅21是由彭罗斯平铺产生的图案的二维光栅，这种平铺具有对称性为5或10阶的周期性重复图案。例如，这种光栅可以根据“Construction depavages du plan par la méthode desmulti-grilles”(Denis Gratias，LEM-CNRS/ONERA，2002)所说明的方法来构造。
作为变型方案，光栅21是所谓的阿基米德图案的光栅，其周期性地重复以形成具有12阶对称性的较大图案。
特别地，由阿基米德平铺产生的图案的光栅在衰减范围和透射范围之间提供了小宽度的过渡，即对于约8微米的剪裁而言宽度为大致2微米。相反地，具有正方形网格的光栅的剪裁将延伸到较大的光谱带上，对于约8微米的剪裁而言宽度通常为大致2.5微米。
适于本发明的基于阿基米德平铺的光栅可以如下构造。
首先，形成配置成六边形52(基础阿基米德图案)的一组等边三角形50a至50f。然后，周期性地重复该基础图案，以形成第一个连续的平铺，如图5所示。
然后在每个六边形52的等边三角形50a至50f中的一者上限定三个点，并在每个六边形的每个三角形上通过围绕对应于六边形的中心的旋转中心旋转来重复这三个点。通过该构造，所得到的点图案具有至少6阶的对称性。为了同时得到4阶的对称性，前面提到的三个点具体地被放置在等边三角形上。
第一个点54a被放置在基础图案的中心处，其他两个点54b和54c分别被放置在以点54a为顶点的三角形的边缘上，与中心54a等距，并与相邻的基础图案的对应的点56b和56c一起形成正方形图案(4阶的对称性)。因此，点54b和54c到点54a的距离p等于点54b和56b之间以及点54c和56c之间的距离。
通过构造和通过如前所述在每个三角形上重复这三个点的定位，然后通过平铺具有如此得到的六边形的平面，这些点形成具有1、2、3、4、6和12阶的对称性的周期性重复的各种图案的光栅。相应地，衍射阶的数目高于基于例如具有限制为4阶或6阶的对称性的正方形或六边形网格的传统网格的数目。
在图7中示出了例如圆形的、在覆盖基板12的下表面16处被纹理化并且定位在根据刚刚说明的构造的每个点处的焊盘，其中实现了具有各种对称性的图案。
基于阿基米德平铺的光栅的周期在下文中应该理解为图6的参数p，其对应于构造的两点之间的距离、即两个邻近的焊盘的中心之间的距离。
彭罗斯平铺能够形成具有对称性通常维持为5或10阶的二维光栅。
基于彭罗斯平铺的光栅可以根据已知的多重网格方法来构造。多重网格方法提供了具有N阶对称性的二维光栅(针对彭罗斯平铺，N＝5)：
构造了一组平行的规则间隔开的直线；
旋转中心设定在线中的一条线上；
通过根据下一个角度围绕对称中心旋转来重复线网，下一个角度提供N＝5阶的对称性(360°/5＝72°)。
然后通过根据同一旋转中心以等于(360°/5)x2＝144°的角度进行第二次旋转来复制第一线网。
然后根据相同的原理，以以下角度复制第一线网：(360°/5)×3和(360°/5)x4。
通过该构造，直线的交点于是对应于具有5阶对称性的光栅的节点。
然后将用于本发明的光栅的焊盘放置在每个节点上，以得到具有5阶对称性的焊盘的光栅。
用于构造光栅的平行的线(沿着与其垂直的方向)之间的最短距离可以被认为是基于彭罗斯平铺的该光栅的周期。
现在将进一步详细说明能够设定衰减范围的衍射光栅21的特征。
在通过对覆盖基板12的下表面16进行纹理化而得到光栅21的情况下，对于以下波长，在法向入射下出现第一衍射阶：
λ＝p.(ns+na) (1)
其中
■λ是真空中的波长；
■p是光栅21的周期；
■ns是覆盖基板12的折射率；以及
■na是空间(例如空气或真空)的折射率。在下文中，na＝1。
为了得到有利的衍射滤波，应该选择足够高的周期，以便光栅在待衰减的光谱带中、即针对范围在y微米和8微米之间的波长有效地衍射。然而，光栅周期不能太高，以限制在待优化透射的光谱带中的、即针对范围在8微米和14微米之间的波长的衍射。
实际上，当光栅的周期p导致在覆盖基板12中的范围在光栅所需的覆盖基板12中的剪裁波长的1.1倍和1.4倍之间(通常大致等于1.25倍)的波长处出现第一衍射阶时，利用光栅21得到有效的衍射滤波，而不明显地影响针对较高波长的透射。
为了最好地衰减波长小于8微米的辐射，例如，光栅21的周期p因此被选择成使得第一衍射阶在真空中大致出现在约10.5微米处。
因此，范围在y微米和8微米之间的波长的光谱带上的衍射衰减变得明显，并且范围在8微米和10微米之间的波长的光谱带的透射几乎不受影响，因为衍射强度在该光谱带上保持受限。
当光栅21形成在窗口11上时，该工艺包括图3b所示的第二步骤，在第二步骤中间隔件14a通过阳极结合13与覆盖基板12的下表面16结合。阳极结合13是能够通过加热和施加电场将玻璃密封到硅或金属的结合工艺。覆盖基板12和间隔件14a形成原子接触。第一电极被安装成与间隔件14a接触，而第二电极被安装成与覆盖基板12接触。可以在间隔件14a的顶部放置重物，以确保良好的接触压力。将覆盖基板12和间隔件14a放入温度在250℃和500℃之间的室中。然后，在覆盖基板12和间隔件14a之间施加例如具有200至1000DC电压的电场。两个电极之间的夹层形成有效的平行板电容器。因此，施加到电极上的电压利用电极之间产生的感应静电力使覆盖基板12和间隔件14a紧密接触。硅和玻璃的结合实际上是通过作为施加的电场的结果而形成极薄的SiO2界面层来实现的。在450℃、1000V DC的室中，该工艺可能需要10至40分钟。
在图3a-图3f的实施方式中，间隔件14a由玻璃制成，例如来自Schott AG的Mempax或Borofloat，或来自Corning的Pyrex；来自Hoya的SD2。间隔件14a优选地具有大于75微米、例如在150微米至250微米的范围内的高度。
可以在光学窗口11的外围处将间隔件14a阳极结合13到覆盖基板12的下表面16上之前或之后将间隔件14a结构化。在阳极结合13之前，可以使用激光结构化将间隔件14a结构化，并且在阳极结合13之后，可以使用湿法蚀刻将间隔件14a结构化。结构化允许形成气密包装的侧壁。
当间隔件14a被结构化并结合到覆盖基板12时，覆盖基板12然后被转移到底部基板18上。在该步骤中，底部基板18具有悬设在其上的至少一个微测辐射热计19，如图3c所示。
如图3d所示，可以使用金属结合15(例如在5分钟内使用300℃至320℃的温度的AuSn接合)将覆盖基板12结合在底部基板18上。
然后，覆盖基板12的上表面17设置有多层干涉滤光器20，该多层干涉滤光器20被设计成使窗口11的范围在2微米和x微米之间的第一波长上的一般光学透射衰减，其中x在2微米至8微米的范围内。该范围的有限宽度尤其能够提供具有有限层数的干涉滤光器，并且作为必然的结果能够提供与设计成使窗口的在2微米至8微米的整个区间上的透射衰减的干涉滤光器相比有限的缺陷的数量和尺寸。例如，x等于5。
为了形成红外探测器10a，可以如图3f所示剪裁覆盖基板12、间隔件14a和底部基板18。
在另一个实施方式中，间隔件14b可以由硅制成，如图4a至图4g所示。在该实施方式中，包括窗口11的覆盖基板12与由玻璃制成的嵌入件22结合。如图4b所示，利用第一阳极结合13将嵌入件22结合在覆盖基板12上。然后，第二阳极结合13用于将间隔件14b结合在嵌入件22上。替选地，嵌入件22在借助阳极结合而结合到覆盖基板12之前结合在间隔件14b上。
无论实施方式如何，本发明的工艺总是涉及在包括周期性衍射光栅21的覆盖基板12的下表面16上实施的至少一个阳极结合13。
因此，由于周期性衍射光栅21能够抵抗阳极结合13的工艺，本发明使得能够实施具有阳极结合13的间隔件14a至14b以增加气密包装的体积而不产生降低光学窗口11的性能的风险。

Claims (12)

1.一种形成红外探测器(10a-10b)的方法，包括以下步骤：
-在被称为覆盖基板(12)的第一基板中限定光学窗口(11)；
-在所述光学窗口(11)的外围处将间隔件(14a、14b)阳极结合(13)到所述覆盖基板(12)的下表面(16)上，以形成包装的侧壁；
-将设置有所述间隔件(14a、14b)的所述覆盖基板(12)转移到被称为底部基板(18)的第二基板上，所述底部基板具有悬设在所述底部基板上的至少一个微测辐射热计(19)；以及
-将所述间隔件(14a、14b)气密结合到所述底部基板(18)上，以围绕所述至少一个微测辐射热计(19)形成气密包装；
其特征在于，限定所述光学窗口(11)的步骤包括：在所述光学窗口(11)的上表面(17)上形成多层干涉滤光器(20)或周期性衍射光栅(21)，并且在所述光学窗口(11)的下表面(16)上形成周期性衍射光栅(21)；
所述上表面(17)的多层干涉滤光器(20)或周期性衍射光栅(21)被构造成使2微米至x微米的范围内的第一波长区间中的入射辐射衰减；
所述下表面(16)的周期性衍射光栅(21)被构造成使y微米至8微米的范围内的第二波长区间中的入射辐射衰减；其中x在2微米至8微米的范围内，而y小于或等于x。
2.根据权利要求1所述的形成红外探测器的方法，其中，所述间隔件(14a、14b)具有大于75微米的高度。
3.根据权利要求2所述的形成红外探测器的方法，其中，所述间隔件(14a、14b)具有在150微米至250微米的范围内的高度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的形成红外探测器的方法，其中，至少一个周期性衍射光栅(21)呈现阿基米德或彭罗斯晶格。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的形成红外探测器的方法，其中，所述间隔件(14a)由玻璃制成，所述间隔件(14a)到所述底部基板(18)上的气密结合集成了金属结合(15)。
6.根据权利要求5所述的形成红外探测器的方法，其中，在阳极结合到所述覆盖基板(12)的所述下表面(16)上的步骤之前，用激光结构化将所述间隔件(14a)结构化。
7.根据权利要求5所述的形成红外探测器的方法，其中，在阳极结合到所述覆盖基板(12)的所述下表面(16)上的步骤之后，用湿法蚀刻将所述间隔件(14a)结构化。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的形成红外探测器的方法，其中，所述间隔件(14b)由硅制成，所述间隔件(14b)借助由玻璃制成的嵌入件(22)结合在所述覆盖基板(12)的下表面(16)上，所述嵌入件(22)被沉积在所述覆盖基板(12)的下表面(16)上并借助阳极结合(13)结合到所述间隔件(14b)上，所述间隔件(14b)到所述底部基板(18)上的气密结合对应于金属结合(15)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的形成红外探测器的方法，其中，所述覆盖基板(12)由硅制成。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的形成红外探测器的方法，其中，所述光学窗口(11)具有在700微米至800微米范围内的厚度。
11.一种红外探测器(10a)，包括：
-底部基板(18)，其具有悬设在其上的至少一个微测辐射热计(19)；
-壁，其通过由玻璃制成的间隔件(14a)形成，所述间隔件结合到所述底部基板(18)上；以及
-覆盖基板(12)，其通过阳极结合而结合到所述间隔件(14a)上，所述覆盖基板(12)具有光学窗口(11)，所述光学窗口包括：
■位于所述光学窗口(11)的上表面(17)上的多层干涉滤光器(20)或周期性衍射光栅(21)；以及
■配置在所述光学窗口(11)的所述下表面(16)上的周期性衍射光栅(21)；
所述上表面(17)的所述多层干涉滤光器(20)或所述周期性衍射光栅(21)被构造成使2微米至x微米的范围内的第一波长区间中的入射辐射衰减；
所述下表面(16)的所述周期性衍射光栅(21)被构造成使y微米至8微米的范围内的第二波长区间中的入射辐射衰减；其中x在2微米至8微米的范围内，而y小于或等于x。
12.一种红外探测器(10b)，包括：
-底部基板(18)，其具有悬设在其上的至少一个微测辐射热计(19)；
-壁，其通过由硅制成的间隔件(14b)形成，所述间隔件结合到所述底部基板(18)上；
-由玻璃制成的嵌入件(22)，其结合到所述间隔件(14b)上；以及
-覆盖基板(12)，其通过阳极结合而结合到所述嵌入件(22)上，所述覆盖基板(12)具有光学窗口(11)，所述光学窗口包括：
■配置在所述光学窗口(11)的上表面(17)上的多层干涉滤光器(20)或周期性衍射光栅(21)；以及
■配置在所述光学窗口(11)的下表面(16)上的周期性衍射光栅(21)；
所述上表面(17)的所述多层干涉滤光器(20)或所述周期性衍射光栅(21)被构造成使2微米至x微米的范围内的第一波长区间中的入射辐射衰减；
所述下表面(16)的所述周期性衍射光栅(21)被构造成使y微米至8微米的范围内的第二波长区间中的入射辐射衰减；其中x在2微米至8微米的范围内，而y小于或等于x。
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