CN1727856B - 辐射热检测器、红外检测装置及制造该检测器的方法 - Google Patents

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Abstract

该辐射热检测器包括：敏感部分，具有：一个或多个敏感材料层(6)，其电阻率随温度而变化；相互隔开的电极(5)，也作为红外辐射吸收器，所述电极与在其至少部分表面上的敏感材料接触；至少一个支持区域(3)，用于支持敏感部分，其定位所述敏感部分，并作为导电体，和与辐射热检测器相连的读取电路(1)进行连接；以及至少一个热绝缘结构，其电和机械连接每一个支持区域(3)至该敏感部分。没有接触到电极(5)的敏感材料区域，在垂直于包含辐射热检测器的敏感部分的平面方向上具有至少一个皱褶(9)。

Description

辐射热检测器、红外检测装置及制造该检测器的方法
技术领域
本发明涉及一种辐射热检测器以及一种采用了该检测器的红外检测装置。本发明还涉及该检测器的生产过程。
本发明的应用领域特别是在红外成像方面。
背景技术
在红外检测器这一领域中众所周知的是布置成阵列形式的，并能够在室温工作的装置，也就是说，不需要致冷的装置，其不像那种本身就需要在非常低的温度、通常是在液氮温度下工作的被称为量子监测器的检测装置。
这种非致冷(uncooled)检测器通常使用适当材料的物理参数(在300K区域中的温度函数)而改变。当使用辐射热检测器时，这一物理量是电阻率。
这种非致冷检测器通常包括：
用于吸收红外辐射并将其转化为热的装置；
用于将该检测器热绝缘以使得它在红外辐射的作用下进行加热的装置；
测温装置，该装置是位于采用电阻元件的辐射热检测器中；以及
用于读取由测温装置提供的电信号的装置。
用于红外成像的检测器是以基本检测器阵列的形式一维或两维地生成在一个通常由硅制成的衬底上，其中包括用于电激发所述基本检测器的装置和用于预处理由这些基本检测器产生的电信号的装置。
这些电激发和预处理装置形成于衬底上，并构成一个读取电路。
检测器以单块电路集成到相应读取电路中，从制作成本的角度来看是有益的。然而，也可以是在这种读取电路中混杂一个检测器阵列。
一种包括基本检测器阵列以及相关读取电路的装置通常放置在一个盒子中，并且，通过传统技术连接，尤其是电连接到外部环境。在这种盒子中，压力减小了，以致限制了热损失。该盒子进一步提供了一个能透射所检测的辐射的红外窗口。
通过该检测器来观测图像，该图像通过一个适当的光学部件投射到基本检测器阵列上，通过读取电路(也用于该目的)将变化的电激励施加到每一个基本检测器或这种检测器的每一行，从而获取电信号，该电信号包括每一个基本检测器达到的温度的图像。
该信号通过读取电路，然后可能通过一个盒子外部的电子装置经历相对复杂的处理，从而产生所观测图像的热图像。
非致冷检测器的性能基本上取决于：
控制最有效热辐射材料的生产和集成；
控制基本检测器的设计和构造(微桥的形式，即重量轻和精巧的结构)，并和读取电路热绝缘；
这些检测器的应用质量和在读取电路以及其他辅助装置中使用的多种校正部件的质量；以及
控制将这些部件组装在低压密封盒子中的技术。
更具体地，本发明的目的在于，控制微桥的设计和构造。本发明的目的事实上是，采用使用起来相对简单的技术来获得非常有效的辐射热检测器。
现有技术描述了基本检测器的各种构成元件的多种不同排列方法。
主要是在共面电极检测器和平行电极检测器(例如，具有一个“三明治”结构)之间存在区别。例如文献US-A-5021663描述了一种有争议的辐射热型检测器。
虽然本发明更易于在共面电极检测器中应用，其中在共面电极中，通过处于工作状态的结构中的电流流进基本检测器的平面，但是，本发明也可应用于平行电极检测器。
文献FR-A-2752299描述了一种辐射热检测器，其包括一个读取电路，一个或多个基本检测器，基本检测器本身具有一个特别集成了热辐射材料层和两个导电电极的感测部分，并且包括至少一个用于该感测部分的支持部件，其中电极穿插在热辐射材料层中。图1示意性示出了这种基本辐射热检测器的代表实例。
在该检测器中，读取电路(1)由反射金属层(2)所覆盖，反射金属层用于反射没有被测辐射热仪本身所吸收的红外辐射，并位于所述反射镜上方1.5至2.5微米处(从而优化波长为10微米左右的检测，该波长对应于接近这些检测器的有用检测范围)。
这种定位是通过基本垂直的结构(3)来实现的。这种结构，在本说明书中其他部分将被称为“柱”，其本身是导电的，并因此可以通过伸长的平面结构(4)将激励电压转移到导电部分或辐射热检测器的电极(5)，伸长的平面结构本身也是导电的但是却不导热。这种伸长的平面结构在本说明书的其他部分将被称为“臂”。
这种热电阻，也被称为“热绝缘”，用于允许热辐射材料在红外辐射的作用下加热。
在辐射热检测器的主体和反射镜之间的空间没有远离柱(3)的材料，从而可以防止通过固体传导的热损失。该空间通常被低压气体填充，从而限制了气体的对流和传导。
在这种装置中，读取电路通过柱(3)和臂(4)，以及通过至少两个导电部分或电极(5)，来施加电流，该电流流过平行于辐射热检测器平面的结构。该电流通过热辐射材料(6)，该材料的电阻率随温度而变。用于该目的的最常用的材料是氧化钒和非晶硅。
电极(5)制造成一个通常由金属制成的薄传导层。它们也用于吸收红外辐射。在图1中，可以看到，这些电极位于热辐射材料(6)的上表面。内表面是离开测辐射热仪，也就是说，远离图1中的柱(3)和臂(4)，通常采用实际上的等电势表面(5)和电阻表面的形式，这些表面的范围由部分(5)之间的空间所定义。在说明书的其他部分，在热辐射材料(6)层的部分(6A)和部分(6B)之间存在差异，这取决于激励电流是否流过它们(6A)或者是激励电流没有流过它们(6B)。
辐射热检测器的性能通常由NEdT(噪音等效温差)(Noise EquivalentDifferential Temperature)表示。
假设偏置电平对于检测器中的电噪音足够大，该噪音由低频噪音(Nif)控制，称为“1/f噪音”，它尤其是无定形材料的特性，则可以证明噪音等效温差由下面的等式给出：
1/NEdT＝k(W·L·E)1/2.TCR.Rth
其中：
.k是一个比例系数，这里不需要详细解释，其包括读取电路的带宽，热辐射材料(6)的1/f低频噪音电平、基本检测器的面积和基本检测器的红外吸收效率；
.W和L是分别通过热辐射材料(6)的电流线的电宽度和长度，它们在图1和2中示出；
E是和电流线有关的面积上的热辐射材料(6)的厚度，所述面积由W和L限定；
.TCR是在工作温度附近的相对电阻抗变化(dR/RdT)，其是所采用的热辐射材料的一种特性，其中R是两个电流注射极(两个柱(3))之间所视的电阻抗，T是微桥的温度；以及
.Rth是辐射热仪的中心“固态”部分和读取电路(1)之间的热电阻抗，其中辐射热仪在红外辐射的作用下加热，读取电路的温度是恒定的或非常轻微地改变。
这种假设通过来自S/N的计算结果的噪音等效温差的事实而证明，其中S是检测器所传送的信号，N是电噪音。
检测信号S，和流过辐射热仪的电流i成比例(S＝K1·i)，该信号S必须为一个最大值，同时低频噪音也和i成比例(N1f＝K2·i)。
因此，当电流增加以增强信号时，低频噪音(N1f)影响其他噪音源(独立于电流值)的时候到来了，其他噪音源的“白”(独立频率)噪音通常由辐射热检测器产生。
当信-噪比在到达其极限值K1/K2时是最优的(激励电流的足够大的值)，甚至对于通常在低频段具有低噪音的材料来讲也是如此。
因此，该辐射热仪通常受控于将噪音等效温差NEdT最优化的偏置条件下的1/f噪音。
可以在文献FR-A-2796148中找到关于这些情况的介绍。
从等式中可以明显地看到，辐射热检测器的检测性能与激励电流线经过的热辐射材料的体积有关，也就是说等于阻抗部分(6A)的面积(W.L)乘以所述热辐射材料的厚度E的乘积。
热辐射材料的部分(6B)，也就是激励电流没有通过的部分，无助于辐射热检测器的检测性能的改善，实际上由于没有电流流过所述热辐射材料的这些区域，因此比定义部分(5)的层具有大得多的电阻抗。
在检测器阵列的情况下，两维平面内的基本检测器的重复节距由p定义。
利用上述分析，为获得最佳检测性能，所需要的是以长为L和宽为W的多边形来设置部分(6A)，并且满足L·W＝P2，从而最优化检测性能。
数量P2表示参数L·W的上限，然而，从技术角度来讲，必须保持面积P2的部分用于放置彼此分离的基本检测器的空间，并且至少柱(3)，臂(4)和区域(6B)的面积之一不能为零。
图1中已经示出了在典型布置中的这些L和W量。
然而，注意到，当电极(5)的面积减小到表面(6A)的增益面积时，红外辐射吸收将急速减小。
实际上，关于辐射热分辨率的最佳性能是在电极(5)的面积和区域(6A)的面积之间达到平衡时获得。
这意味着，大约一半辐射热仪的内部面积(部分6B的)不能用来优化电流线，也就是说使电流线通过的多边形的总体面积L·W最大化。
用于评估辐射热分辨率或NEdT的公式显示，如果热辐射材料层(6)的厚度E与W和L量的维数(dimension)增加，则性能将得以改善。
然而，这种厚度上的增加相应增加了辐射热仪的热质量Cth，该热质量出现在通过等式τth＝Cth.Rth定义的热时间常数的定义中，其还包括了从辐射热检测器的使用角度来看的一个重要参数，这是由于其定义了最优速率，在最优速率时，所讨论的检测器能跟随在观测场景内的任何点处的温度变化。
根据文献FR-A-2752299，辐射热检测器的总热质量主要由大部分的热辐射材料(6)决定，并且，该层的任何厚度上的增加将伴随总热质量的几乎成比例的增加。
因此，通过热辐射材料的这种较大厚度而获得的热分辨率NEdT中的增益由热时间常数τth的增加来补偿。因此，热辐射仪的总体优化假设了热时间常数，并且因此热辐射材料层(6)的厚度被调制到和用户预计的工作频率相兼容的最大值。
换言之，热辐射材料的厚度因此不是一个自由最优化参数。
因此，由于需要考虑热时间常数以允许这种辐射热检测器的有效使用，根据文献FR-A-2752299的辐射热检测器在噪音等效温差方面没有得以改进。
为改进辐射热检测器的噪音等效温差，前述文献FR-A-2796148提出一种这样的结构，其解除与辐射吸收量、辐射热材料的电极(5)和区域(6A)的平衡面积相关的限制。
根据该文献的教导，在电极(5)和热辐射材料(6)之间的接触部分(6B)减少成狭长形的小区域。进一步，通过绝缘层(7)的插入，电极(5)与基本上位于热辐射材料上方的热辐射材料分离。
该技术使得可以利用大部分表面(6B)以优化面积W·L的多边形，并因此获得性能上的基本改进。
然而，一方面，这个结果是通过增加和绝缘材料(7)的使用有关的额外质量来获得，另一方面，是由于在制造复杂性方面的不太显著的增加。它也具有导致性能损失的缺点，该性能损失是因为盒子中的部分(6B)的末端周围的电流线的收缩，其中电极(5)在盒子中具有交叉结构，如图2所示。
当使用高阻抗热辐射材料，比如无定形硅和相关材料来获取在105至106欧姆的电阻R，在实际应用中必定采用这种结构，这是由于该电阻从读取电路的角度来讲是非常实用的。
事实上，本领域技术人员应当回忆起在定义辐射热检测器的结构时不得不面临的一个困难，即如何在为读取电路特别选择的室温附近获取电阻R。
这是因为并不是任何电阻值都必须(相对于系统的设计者想要使用的读取电路的类型来讲)是实用的，为了最优化读取电路的功能，通常更实用的是，由对该电路的具体限制来决定电阻R、而不是由这种辐射热检测器产生的限制来决定电阻R。通过忽略由柱(3)和臂(4)组成的电阻，该电阻可以由下面的等式决定：
R＝ρ·L/(W·E)
其中，ρ是工作温度附近的热辐射材料的电阻率。
电极(5)的构造直接定义宽度W和长度L以及交叉，如图1和2中的例子所示，并提供一个确定的自由度。
然而，电极(5)交叉的可能变形在实践中并不是很多，这是和通常使用的面积p2(小于50·50平方微米)以及高于大约8微米的电极设计的间距(宽度+空间)非常相关，其是为了避免8至14微米之间的波长的衍射现象，也就是说，在对应于红外成像的波长范围之内。
图2所示例子中的电流线的结构另一方面能被模仿成在平直部分内由部分(6B)界定的三个矩形区，另一方面，被模仿成与热辐射检测器内部的部分(6B)的末端相应的两个区域(8)。
在矩形区域，电流线的密度是相同的，并且局部量Wr和Lr被直接限定，其中下标r表示矩形区域。
这些区域限定一个等于RS·L/W的电阻，RS是热辐射材料的薄层电阻(Rs＝ρ/E)。
相反，在区域(8)中，电流线的密度是可变的，也就是区域(8)的顶端附近内的电流线的密度要比在矩形区域内部的电流线的密度高得多，并且要比在相对部分(6B)附近内的电流线的密度低得多。
如果两个区域(8)以内部半径r1的圆盘的形式组合在一起，使r1为两个区域(6B)的顶端的半径，则这些区域的外部半径是L+r1。实际使用时，r1可以比作是图2中部分(6B)的延长部件的半宽。
很容易证明该圆盘的电阻由以下公式给出：
R s 2 π ln L + r 1 r 1
长L与区域(8)相等的矩形的宽Wt由下式给出，其中下标t表示顶端区域，具有公式：
R s L W t = R s 2 π ln L + r 1 r 1 即 W t = 2 πL / ln L + r 1 r 1 .
根据图2所示的例子，对于总尺寸为35μm的辐射热计，其中总尺寸包括相邻辐射热检测器之间的间距例如L＝6.5μm和0.5μm，这将产生一个等价电宽度Wt＝15.5μm(对于两个区域(8))，基本小于矩形轮廓(图2的虚线)的长，该矩形轮廓长代表在区域(8)附近使用的最大电宽度W，其目的是最优化乘积W·L以及噪音等效温差或辐射热计的热分辨率。根据图2所示的实际示例的面积，该矩形轨迹的长度实际上大约为28μm。对于大约为73μm的最大电宽度(虚线所示)来讲，有效总“电”宽度W＝Wt+Wr(沿部分(6B)之间的中心等电势的实线)将接近60μm。这个差值代表了相比于理想辐射热检测器而言损失约11％的性能，该理想辐射热检测器没有局部地顶部效应。
总的来说，除了上述缺点，在所述文献中提出的结构需要在辐射热检测器的热分辨率方面进行改进。
在文献US-A-5367167中，也说明了一种辐射热检测器，包括两个位于热辐射材料层的同一面上的共面电极，以及位于热辐射材料层另一面上的传导层。传导层的功能是吸收要用于检测的红外辐射，电绝缘层必须将传导层与检测器的主体分离。因此，这将使得产品非常复杂。此外，不得不将电极进一步分离，会限制该检测器采用低电阻率的热辐射材料，比如氧化钒。
发明内容
本发明的目的包括一个构造简单的辐射热检测器，其中分布在基本检测器的表面上的热辐射材料的分布受到控制，因此，电流线通过所有或几乎所有所述热辐射材料，用于对于给定尺寸和给定热时间常数提供更好的性能。本发明的目的还在于对于相同的性能提供附加的电阻调整。
这个辐射热检测器包括：
--一个敏感部分，具有：
-一个或多个敏感材料层，其电阻率随着温度而变；
-彼此隔离的电极，该电极还作为红外辐射吸收器，所述电极与在其至少部分表面上的敏感材料相接触；
--至少一个支持区域，用于支持敏感部分，以便定位所述敏感部分，并且作为导电体，和一个与辐射热检测器相关的读取电路相连；以及
--至少一个热绝缘结构，电和机械地将每一个支持区域连接至敏感部分。
其特征在于：
--没有接触到电极的敏感材料区域在垂直于包含辐射热检测器的敏感部分的平面方向上具有至少一个皱褶；以及
--辐射热敏感材料包括无定形硅或SixGeyCz的相关合金，其中x+y+z＝1。
因此，在现有技术采用平面的地方，本发明采用一个或多个皱褶，使得可以大大增加电流线所通过的热辐射材料的数量，并因此最优化检测器的性能，尤其是在热分辨率方面，而没有增加热辐射材料的使用量。
另一方面，本发明包括增加时间常数τth相同的热辐射材料的总体积的有效部分。这实际上将使人想起为了增加该材料的有效体积而增加所述热辐射材料的厚度，由于随继发生的该时间常数的相应增加，因此这不是一个自由的最优化参数。
根据本发明，这些皱褶可以是平行或垂直于(或在各自区域同时平行且垂直)工作时通过该结构的电流线。它们也可以相对于所述电流线是倾斜的。
根据本发明，皱褶的幅度小于将电极与读取电路的组成衬底分开的距离，并且其至多等于1.5μm.
本发明还涉及一种红外检测装置，其采用辐射热检测器。有利的是，该检测器通过柱(3)连接到读取电路。另外，该装置具有一个包括至少两个辐射热检测器的阵列结构。
它还涉及一种用于构造这种辐射热检测器的过程。
附图说明
本发明可以被实现的方式和带来的优点将从下面的实施例中变得更加明显，这些实施例通过示例的方式而不是限制的方式给出，其由附图所支持。
图1是已述的根据现有技术的基本辐射热检测器的示图。
图2也是根据现有技术的辐射热检测器的示意图。
图3a是根据本发明的第一实施例的辐射热检测器的具体结构的平面和断面示意图。
图3b是根据本发明的第二实施例的辐射热检测器的具体结构的平面和断面示意图。
图4是图1的辐射热检测器采用的根据本发明的辐射热检测器的示意图。
图5是根据图2的辐射热检测器的技术所采用的根据本发明的辐射热检测器的示意图。
具体实施方式
图3a因此示出了根据本发明的辐射热检测器的中心部分，特别是对于检测器要检测的红外辐射敏感部分。
在该中心部分中，热辐射材料的部分(6A)，也就是没有电极(5)的部分，在它们的整个表面之上具有皱褶(9)，这些皱褶垂直于包含所述敏感部分的平面，可以通过相对于图3a的断面A-A而看到。
这些皱褶由节距P和幅度D所定义。如果F定义为皱褶(9)的展开长度除以节距P的比值，除了热分辨率NEdT改进F1/2的比率，在实施例中所描述的平行于电流方向的该皱褶(9)的使用将使电阻R减小F的比率，其中热辐射材料的厚度和电阻率不变，。
在图3b所示的实施例中，皱褶(9)垂直于电流的方向。该皱褶使电阻R增加了F的比率，使热分辨率NEdT方面也改进了F1/2的比率。
虽然所述皱褶的示意图在断面A-A和C-C中分别示为一个完全矩形的形状，但从技术标准角度而言，因为建构技术的具体特征，所以实际上并不是问题。然而，从技术标准的角度来看，所采用的皱褶导致了要实现的相同阶数(same order)的结果。
给出一个实施例，可以使用一个节距为2μm而深度或幅度D为1μm的皱褶，这在用于20到50μm边界图像的典型微辐射热计中是很容易实现的，并且对于所有部分(6A)均采用该皱褶，也就是有阻空间被定位在等电势电极(5)之间。
在这种情况下，电阻率增加到2倍，热分辨率性能增加到21/2倍，例如增加大约40％，这在本发明的应用领域非常明显。
图4图示了本发明在图1中辐射热检测器的应用，也就是说，该检测器重现了文献FR-A-2752299的教导，如图3b中定义的实施例的情况。
然而，考虑电极(5)的局部间隔或随后调整该间隔，可以设想使用图3a的实施例，或在同一辐射热检测器上使用，图3a和图3b的实施例以调整电流线的局部密度为目的。
因此，可以通过插入一个或多个皱褶段来减小局部电流密度，其中该皱褶段垂直于电流方向，并且推论的是，通过插入一个或多个皱褶段来增大局部电流密度，其中该皱褶段平行于电流方向。所要达到的目的是在区域(6A)的所有点获得基本均匀的电流密度。
此外，仍根据本发明，如果要达到接近于在没有皱褶时所获得的电阻值，可以局部提供相对于电流线倾斜的一个或多个皱褶段。
在相关于图4的实施例中，目的在于改进热辐射材料的厚度E不变时的热分辨率NEdT。
通过这样的方式，该皱褶允许热电阻保持恒定，特别是在热绝缘结构(4)基本由热辐射材料层(6)构成的情况下。
在该结构中，忽略电极(5)的热质量(thermal mass)，热质量和时间常数τth增加一个相对量：1+(F-1).W.L/S，其中S表示具有热辐射材料(6)的辐射热计的内部部分的面积，也就是部分(6A)和部分(6B)的面积总和。
在图4所示的结构中，W.L/S的值接近0.4，并且对于比值F＝2的合理值来讲，热时间常数增加40％，用于改进相同阶数的热分辨率NEdT。
现有技术的结构，如图1所示，将通过增加到2倍的热辐射材料的厚度来实现倍数W.L.E的改进。然而，这种热辐射材料厚度的使用将导致热质量翻倍，相应地，将使得Rth减小2倍，假设臂(4)基本由层(6)构成。
通常，热时间常数会维持不变，但热分辨率NEdT会减小21/2倍。
通过在图1所示类型的辐射热检测器中应用本发明，对于相同的热时间常数可以达到热分辨率的改进，同时减小热辐射材料层的厚度大约30％。
这种热分辨率NEdT的改进大约为18％，对于所讨论的技术领域而言这已经是非常大的数目了，并且这是通过增加皱褶的简单方法而达到的。
如果考虑了因层(6)的厚度减小而产生的Rth增加，热分辨率NEdT的改进将为大约54％。
在更广泛的例子中，其中绝缘结构(4)基本与热辐射材料层(6)的厚度无关，其中假设了一种复杂得多的构造结构，所述结构以维持参考值Rth不变的方式构造，其有益于在辐射热计的中心部分减小热辐射材料层(6)的厚度，同时增加皱褶倍数F以保持热辐射材料的质量(因此τth)，从而进一步改进热分辨率。
为保持该热辐射材料的质量恒定，同时为了达到热分辨率NEdT的最佳改进，因此必须采用为获得尽可能高的倍数F所需的技术，以及必须将厚度E减少到(1+(F-1).W.L/S)倍。
将值为0.4的W.L/S的值作为典型值，倍数F值为3.5，并且热辐射材料层的厚度减小2倍，则与现有技术中的常数τth相比，改进了最终的热分辨率NEdT大约32％。
根据本发明的另一个实施例，如图5所示，本发明被用于图2所示的现有技术的辐射热检测器的结构中。
更准确来说，特别是通过插入圆盘或基本正多边形，相比于现有技术来讲对狭长区域(6B)的末端进行了修改，半径r2比伸长部分(6B)的一半宽度(前面由r1表示)要大。
如图5所示，相对部分(6B)最好是圆的或多边形的，从而使得两个部分(6B)之间的距离保持恒定，其目的是将通过该结构的总电流最大化，而不必形成一个电流密度基本上比平均值高的区域。
根据本发明，至少一个皱褶(9)以这样的方式形成于两个部分(6B)之间的间隙中：使得在这两个部分之间的展开“电”长度大约等于L。
以这种方式，电流密度沿长度为W(W是等价“电宽”)的箭头线所示的中心等电势线基本保持恒定。
在它们几乎是圆形部分中的区域(6B)的两个限制点之间的电阻由以下等式表示：
R s 2 θ In L + r 2 r 2
其中θ代表来自圆形区域的皱褶的视角。
有益的是，如上所述，在保持各种光吸收扰动和质量的情况下，皱褶可能会继续进入一个或多个矩形区域。
根据本发明，“电”长度L的矩形的宽Wt等于两个修改的区域(8)，其有下式给出：
R s L W t = R 2 θ In L + r 2 r 2 即Wt＝2θ·L/In((L+r2)/r2)
在图5所示的结构中采用两个理想的方形轮廓(在幅度上为0.5μm的皱褶)，其导致产生一个中心圆盘，半径r2大约为2.5μm，角度θ等于3π/2。如果长度L是6.5μm，同时采用上述尺寸，则结果是宽度Wt为48μm。
作为根据所描述实施例的圆形区域(8)的插入结果，矩形区域在电宽度Wr上减小大约33μm，结果总电宽度W＝Wt+Wr接近80μm。
相比于根据图2所示的现有技术结构，其中W接近60μm，这个差值表示在热分辨率((80/60)1/2倍数)上改进大约15％，也就是说，好于根据图2虚线所示的理想结构。用于制作所示皱褶所需的附加材料保持非常好的适度，由于它位于区域(8)中，(其中在区域(8)中相对于现有技术的分析来讲该顶部效应突显出来)并且它或多或少地增加了(大约10％)装置的时间常数。
下面将说明根据本发明的一种用于生产辐射热检测器的过程。
如下所述，以一种已知的方式，由读取电路开始来生产微辐射热计的阵列：
--在特别是由硅制成的读取电路的组成衬底上形成一个辅助层，称之为牺牲层，所述层在检测器被生产出以后以任意已知方式被除去，从而将读取电路从检测模块中热去耦，检测模块也被称为敏感部分，以及
--在该牺牲层上，形成一层热辐射材料层和电极。
利用本领域特别是微电子领域的技术人员公知的传统工艺，通过连续的沉积和刻蚀多种最终产品的构成层(用于等电势区域或电极的金属材料，热辐射材料，电介质)，将该辐射热计生产出来。
已经描述了所有将要使用的技术，例如，详细描述了上述的多篇文献。为实现本发明，就在沉积辐射热检测器的第一组成材料之前，利用本领域技术人员公知的传统光刻和干法刻蚀工艺在该牺牲层的表面上形成皱褶，该牺牲层通常由厚度为1.5至3μm之间的聚酰亚胺制成。
同样也在本领域技术人员的能力之内，可以定义是否需要将皱褶的外形轮廓(9)平行于或垂直于电流线，从而将装置的总电阻R调整为最优或便于实施的值(相对于由读取电路的构造所产生的可能限制)，甚至在同一基本辐射热检测器上同时使用两种形式，其取决于装置内的电流线的期望构造和可利用的空间。
在这个方面，可能会使人想起，本发明只是为了在给定空间中通过一种方式来调整电阻率，而不是调整等电势区域(6B)的厚度、电阻率或设置方式。
因此，在文献FR-A-2752299提供的优选实施例的描述中，为实施根据图4以及根据优选实施例的结构，需要插入一个光刻掩模(lithographiclevel)以定义该皱褶，然后进行牺牲层的部分刻蚀。
在关于图5所描述的优选实施例的内容中，在第一实施例中，如果皱褶是在层(5)沉积之前形成的情况下，可以在部分(5)中产生皱褶，其避免了必须在皱褶的凸纹中刻蚀所述部分(5)的材料。如果皱褶外形陡峭，这种操作将非常棘手。相反，在部分(5)的外面设计这些皱褶可能会比较有益，以便不会限制位于皱褶内侧上的具有高绝缘性的电介质材料(7)。这种备选方式在下面的改进中将被采用。
将在下面描述根据图5结构的一种有益的实施例。
从特别是由硅制成的衬底开始，沉积一个反射金属层，并施加第一光刻掩模，以通过刻蚀将该反射器的部件分开。
然后，继续进行沉积，并且对通常由聚酰亚胺制成的牺牲层(厚度1.8至2.5μm)进行常规处理。然后在聚酰亚胺的表面上可选择地沉积一个绝热器，该绝热器通常是氧化硅或氮化硅(10至100纳米的厚度)。
然后沉积通常由氮化钛制成的传导层(5)，以获得一个电阻为150至400欧姆的层，然后施加第二光刻掩模，并且刻蚀层(5)，从而暴露出其中皱褶(9)的将被刻蚀的表面。
接着沉积第二电介质层，该电介质层具有与第一介质层相同或相似的厚度，施加第三光刻掩模，并且还在部分(3)上根据表面(6B)刻蚀这些电介质。
然后，施加第四光刻掩模，以在表面层和聚酰亚胺层上刻蚀用于柱(3)的压印。
然后，利用已知技术，沉积金属材料以形成柱(3)，并且施加第五光刻掩模以刻蚀远离部分(3)的金属材料。
接着，施加第六光刻掩模，以定义根据本发明的皱褶(9)，然后，将该电介质层刻蚀成皱褶的形式，其在牺牲聚酰亚胺层中的深度(幅度)通常为0.5至1μm。
该皱褶的轮廓由本领域技术人员公知的具体掩模和刻蚀过程的控制技术而定义。在该过程中而不是在任何聚酰亚胺表面沉积之前形成皱褶的有益之处在于，去掉在皱褶刻蚀中用到的表面上的电流线中(一个或两个介质层)没有涉及的所有或部分质量的材料。
然后，继续该过程，沉积辐射热材料，该辐射热材料通常是但不限于非晶硅或SixGeyCz型的相关材料，其中x，y和z的值均在0至1之间，并且x+y+z＝1，可以用硼或者磷掺杂该材料并且延展其厚度使其在50至300纳米之间。
该热辐射材料还可以是氧化钒或各种组分的(通用公式VOx)氧化钒的混合物。
成功地实施本发明的一个重要标准就是该皱褶适当地被热辐射材料覆盖，这可以毫不费力地实现，尤其是使用无定形硅或相关材料覆盖，这些无定形硅或相关材料通常通过CVD(化学汽相淀积)合成。
然后，施加第七光刻掩模，以定义基本检测器的外轮廓以及热绝缘臂(4)，并保护柱(3)，刻蚀远离柱(3)向下至牺牲层的所有存在的层。有益的是，可以在前述的第七光刻掩模之前施加一个额外的光刻掩模，从而可以去除对应于部分(3)的表面上的热辐射材料，以提高热电阻。
通过切割衬底成单个成品，并且去除牺牲层而结束该生产过程。
虽然上述用于获得最终产品的准确操作顺序不是受限制的，然而，必须实施构造上的处理，也就是说，要在热辐射材料沉积之前进行皱褶的刻蚀，如果在整个过程中有多个辐射热材料沉积的话，则在其中一个辐射热材料沉积操作之前进行皱褶的刻蚀。
根据图4的结构，通过上述结构的平面和断面图以及上述过程的帮助，本发明的详细实施例对本领域技术人员而言将逐渐明显。
相对于牺牲层的平面，制造成中空形式的皱褶可能制作的非常明显。在这种情况下，尤其是在想要生产大幅度的皱褶时，为了防止皱褶的下脊(crest)过于靠近读取电路的表面，则需要将采用的光刻掩模的设计极性反向，从而可以保存最终皱褶的凸纹部分。
如果低频噪音(N1f)构成一个关键倍数，由于该噪音可能在电流密度比较高的区域也比较高，因此，根据本发明的检测器可以这样来制造，即，使得局部电流密度在激活热辐射材料的表面(由区域6A的一小部分定义)上保持大致恒定。由于这个原因，在图3和4部分(6A)的可用空间中，皱褶分布均匀，此外，使皱褶部件(9)延伸到图3a中相邻等电势部分(5)的边界上。这些构造将最终结果最优化，但并没有实现所必须的部件。
根据本发明的内容，还必须对表面上具有皱褶的区域进行限制，其中该表面具有极少的光吸收功能或没有光吸收功能，除非幅度D跟要吸收的波长范围相比还要小(对于一个用于检测波长范围为8至14μm范围的辐射热检测器而言，通常小于1μm)，没有这一点，辐射吸收就不能达到最优化。
此外，在具有电极(5)的表面上制造皱褶(特别是在图1和3中)，并不是一定要增加热辐射材料的质量(热辐射材料并没有包含在电流线中)，并且对于检测性能而言在具有电极(5)的表面上制造皱褶不是必须的。
最后，除非特意发现衍射效应，否则必须保持皱褶的节距P，该节距基本小于所检测的平均波长，通常至多等于3微米。
根据本发明的辐射热检测器的优点将因此变得尽可能明显，即以一种简单的方式来最优化其检测特性，而不必影响和操作有关的其他参数，尤其是那些与其连接的读取电路所指定的操作。

Claims (11)

1.一种辐射热检测器，包括：
敏感部分，所述敏感部分具有：
一个或多个敏感材料层(6)，其电阻率随温度而变化；
相互隔开的电极(5)，作为红外辐射吸收器，这些电极设置在热辐射材料的上表面；
至少一个支持区域(3)，用于支持敏感部分，该至少一个支持区域(3)用来定位所述敏感部分，并作为导电体，与辐射热检测器相连的读取电路(1)进行连接；以及
至少一个热绝缘结构，电和机械地将每一个支持区域(3)连接至该敏感部分，
其特征在于：
没有接触到电极(5)的敏感材料区域，沿着垂直于包含辐射热检测器的敏感部分的平面方向上具有至少一个皱褶(9)；以及
辐射热敏感材料包括无定形硅或SixGeyCz型的相关合金，其中x+y+z＝1，且x、y、z的值均在0和1之间。
2.权利要求1的辐射热检测器，其特征在于，皱褶(9)平行于在工作时通过检测器敏感部分的电流线。
3.权利要求1的辐射热检测器，其特征在于，皱褶(9)垂直于在工作时通过检测器敏感部分的电流线。
4.权利要求1的辐射热检测器，其特征在于，它包括一些位于不同地方的皱褶(9)的区域，所述皱褶分别平行和垂直于在工作时通过检测器敏感部分的电流线。
5.权利要求1的辐射热检测器，其特征在于，皱褶(9)相对于在工作时通过检测器敏感部分的电流线倾斜。
6.权利要求1至5中任一项所述的辐射热检测器，其特征在于，皱褶(9)的幅度小于将电极(5)与读取电路(1)的组成衬底分开的距离。
7.权利要求6的辐射热检测器，其特征在于，皱褶(9)的幅度至多是1.5微米。
8.权利要求1至5中任一项所述的辐射热检测器，其特征在于，皱褶(9)的节距至多是3微米。
9.一种辐射热型红外检测装置，其特征在于，它采用一个或多个根据权利要求1至8中任一项所述的辐射热检测器，并且，该检测器通过支持区域(3)固定到读取电路。
10.根据权利要求9的辐射热型红外检测装置，其特征在于，具有阵列结构，该阵列结构具有至少两个辐射热检测器。
11.一种用于生产辐射热检测器的方法，包括，以读取电路开始，一个在硅衬底(1)上生产的读取电路：
首先，在所述硅衬底上形成第一牺牲辅助层，所述辅助层在检测器制作以后通过任何已知方式被去除，从而将读取电路(1)从检测模块或敏感部分中热去耦；
然后，在该第一牺牲辅助层上，形成热辐射材料层，其由无定形硅(6)或SixGeyCz型的相关材料制成，其中x+y+z＝1，且x、y、z的值均在0和1之间，以及电极(5)，该电极用于发送在操作该辐射热检测器时必需的电信号，以及用于将由红外辐射的所述辐射热检测器进行检测而得到的信号传送至读取电路，其特征在于，该第一牺牲辅助层是局部刻蚀的，从而在热辐射材料沉积之前对应褶皱(9)的所需形状，该刻蚀是在电极(5)没有与热辐射材料(6)接触的区域进行。
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