專利名稱：光學(xué)讀出紅外傳感器的制作方法
專利說(shuō)明
一、技術(shù)領(lǐng)域本實(shí)用新型涉及一種用于獲取并轉(zhuǎn)換物體紅外輻射信號(hào)的傳感元件，尤其涉及一種光學(xué)讀出熱型微梁陣列紅外圖像傳感器。
二背景技術(shù)：
室溫下(≈300K)的物體黑體輻射的紅外線波長(zhǎng)峰值在8-14微米范圍，是一種不可見(jiàn)的紅外輻射。
紅外成像裝置用于將不可見(jiàn)的紅外圖像轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)的圖像。按照探測(cè)原理的不同，可以把已有的紅外成像裝置大致分為兩類量子型和熱型紅外成像傳感器。
量子型的紅外輻射探測(cè)器將紅外光子的能量轉(zhuǎn)化為電子的能量。由于8-14微米的紅外光子的能量和室溫下電子熱運(yùn)動(dòng)的能量相當(dāng)，因此需要將探測(cè)器靶面致冷來(lái)抑制電子熱運(yùn)動(dòng)。這樣就使量子型的紅外成像傳感器不僅笨重昂貴而且維持困難。
已有的熱型紅外輻射探測(cè)器的原理是探測(cè)靶面吸收入射的紅外輻射能量后溫度上升，通過(guò)流入探測(cè)單元電流來(lái)檢測(cè)溫升引起的熱致物理量變化，比如電導(dǎo)率和電容的變化等，得到紅外輻射的信息。傳統(tǒng)的熱型紅外探測(cè)器中熱電效應(yīng)是用集成電路從每個(gè)探測(cè)器單元中讀出的，由于電流輸入會(huì)在探測(cè)器單元上產(chǎn)生附加的熱量，所以這種方式難以準(zhǔn)確地檢測(cè)到入射的紅外輻射。同時(shí)探測(cè)器單元與基底之間通過(guò)導(dǎo)熱性能很好的金屬導(dǎo)線相連，使得熱隔離變得很困難，限制了溫升性能。另外熱電效應(yīng)都極為微弱，為了探測(cè)熱電信號(hào)，集成電路要有相當(dāng)高的信噪比和很強(qiáng)的增益。這不僅增加了探測(cè)器和讀出電路的設(shè)計(jì)難度，同時(shí)提高了熱型的紅外輻射探測(cè)裝置的整機(jī)價(jià)格，不便于其廣泛的運(yùn)用。
已經(jīng)成為商品的兩種(量子型和熱型)紅外成像傳感器，均需要在紅外陣列FPA上的每一個(gè)感光或感熱像素下面集成微電子陣列讀出電路，再現(xiàn)出在FPA上感應(yīng)的紅外圖像。而在FPA上制作微電子陣列讀出電路卻正是FPA的技術(shù)關(guān)鍵和成本所在。
為此，本發(fā)明人在之前的發(fā)明專利里[公開號(hào)CN1556648]，基于MEMS制作工藝，提出了一種不需要讀出電路的FPA、即用于獲取并轉(zhuǎn)換紅外信號(hào)的光-機(jī)械式微梁陣列熱型紅外圖像傳感器。FPA的微懸臂梁?jiǎn)卧?或簡(jiǎn)稱微梁?jiǎn)卧?為紅外輻射探測(cè)器的敏感單元，是由熱脹系數(shù)不同的兩種材料制作成雙材料微懸臂梁。入射的紅外光能量被探測(cè)單元吸收后轉(zhuǎn)化為懸臂梁的熱能，引發(fā)懸臂梁產(chǎn)生熱致轉(zhuǎn)角形變，再通過(guò)光學(xué)讀出系統(tǒng)，非接觸的檢測(cè)出微梁?jiǎn)卧垂獍宓霓D(zhuǎn)角形變，就可以得到被測(cè)物體的熱輻射信息。這種熱型的紅外輻射探測(cè)器可以在不需要制冷的條件下工作，而且光學(xué)讀出的方式不會(huì)在探測(cè)器上產(chǎn)生附加的熱量，無(wú)需金屬導(dǎo)線連接，更易于在探測(cè)單元與基底之間實(shí)現(xiàn)良好的熱隔離。另外，探測(cè)器敏感單元的制作采用了通用的微加工工藝，與現(xiàn)有IC制作工藝兼容，大大地降低了開發(fā)和制作成本。因此基于這種光-機(jī)械微懸臂梁?jiǎn)卧募t外探測(cè)器，有望開發(fā)出更高性能的熱型紅外輻射探測(cè)裝置。
現(xiàn)有的MEMS工藝制作微梁?jiǎn)卧Y(jié)構(gòu)的技術(shù)思路，都是在硅表面上生長(zhǎng)出一層由后繼工序可以去除的物質(zhì)(比如磷硅玻璃、多晶硅、高聚物、光刻膠等)所形成的薄膜，作為犧牲層，隨后在犧牲層上做出所需器件結(jié)構(gòu)后，再除去犧牲層，得到站立在下層硅襯底上的多層懸空器件。
專利[公開號(hào)CN1556648]擺脫硅襯底的結(jié)構(gòu)限制，提出了生長(zhǎng)在框架結(jié)構(gòu)上的無(wú)底單層微梁?jiǎn)卧矫娼Y(jié)構(gòu)，克服了器件粘連問(wèn)題，提高了成品率和可靠性，同時(shí)減小了紅外線反射損失，提高探測(cè)靈敏度。所提出的微梁?jiǎn)卧杉t外吸熱板和變形機(jī)構(gòu)組成；熱變形機(jī)構(gòu)由熱隔離梁和熱變形梁構(gòu)成折轉(zhuǎn)式分布；吸熱反光板與熱變形梁連接，支撐梁與熱隔離梁連接；紅外吸熱板和變形機(jī)構(gòu)在同一平面層內(nèi)組成微梁?jiǎn)卧凰龅奈⒘簡(jiǎn)卧捎庙樞蚱戒伒姆绞綐?gòu)成陣列。
在微米尺度上，盡管慣性體積力不再起主導(dǎo)作用，但MEMS工藝制作熱變形機(jī)構(gòu)時(shí)卻要求2微米左右的線寬，即梁寬度和間隙均要求兩微米。由于感熱像素的平面尺寸有限，特別是紅外成像陣列的感熱像素，通常要求小于100微米，在有限的微梁?jiǎn)卧矫娉叽缈臻g有效的布置吸熱板和變形機(jī)構(gòu)存在矛盾。即為了提高吸熱效率，希望吸熱板面積盡量大；而為了提高單位溫升的變形效率，并增大熱阻來(lái)提高微梁?jiǎn)卧臏厣中枰黾幼冃螜C(jī)構(gòu)的回折數(shù)，提高熱變形梁和隔熱梁的長(zhǎng)度。因此單層結(jié)構(gòu)的微梁?jiǎn)卧艿竭@一矛盾的制約，難于進(jìn)一步提高其紅外探測(cè)靈敏度。
三
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種固定在支撐梁上，更有效的光學(xué)讀出紅外傳感器，該傳感器除了具備專利[公開號(hào)CN1556648]的傳感器所擁有的優(yōu)點(diǎn)外，又以空間雙層結(jié)構(gòu)方式，讓熱變形梁和熱隔離梁在上下兩層空間層之間回折連接，緩解了上述變形機(jī)構(gòu)和吸熱反光板在同一平面層的尺寸矛盾，進(jìn)一步提高其紅外探測(cè)靈敏度。
本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案來(lái)解決其技術(shù)問(wèn)題一種用于獲取并轉(zhuǎn)換紅外信號(hào)的光學(xué)讀出紅外傳感器，包括固定在支撐梁上的微梁?jiǎn)卧?，微梁?jiǎn)卧邪瑹嶙冃螜C(jī)構(gòu)和吸熱反光板，熱變形機(jī)構(gòu)與支撐梁連接，熱變形機(jī)構(gòu)為兩組且對(duì)稱連接于吸熱反光板的兩側(cè)，熱變形機(jī)構(gòu)由熱隔離梁和熱變形梁構(gòu)成折轉(zhuǎn)式分布；本實(shí)用新型的關(guān)鍵在于熱變形機(jī)構(gòu)為兩層，由上層和下層連續(xù)回折構(gòu)成，上下層之間通過(guò)梁的兩端連接；上層的初級(jí)與吸熱反光板連接、下層的末級(jí)與支撐梁連接；上層為熱變形梁、下層為熱隔離梁，熱變形梁和熱隔離梁間隔連接。
上述光學(xué)讀出紅外傳感器的熱變形機(jī)構(gòu)中的下層梁還可以位于上層梁的空隙位置。
上述光學(xué)讀出紅外傳感器的熱變形機(jī)構(gòu)還可以由熱隔離梁、熱變形梁和熱傳導(dǎo)梁構(gòu)成，上層為熱變形梁，下層的末級(jí)為熱隔離梁、其余為熱傳導(dǎo)梁；熱變形梁和熱傳導(dǎo)梁、熱隔離梁間隔連接。
上述光學(xué)讀出紅外傳感器的吸熱反光板還可以由上層的反光板和下層的吸熱共振板構(gòu)成，上下層之間通過(guò)加強(qiáng)筋連接，上下層之間的距離為 λ為被探測(cè)紅外波長(zhǎng)峰值，n為正整數(shù)。
上述光學(xué)讀出紅外傳感器的微梁?jiǎn)卧蓪?duì)紅外有吸收作用的薄膜材料制作；吸熱反光板、熱變形梁和支撐梁的上表面上附著金屬薄膜。
上述光學(xué)讀出紅外傳感器的吸熱反光板、熱傳導(dǎo)梁的厚度在0.3～3um之間，熱隔離梁和熱變形梁的厚度在0.2～2um之間。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下有益效果本實(shí)用新型在具體的設(shè)計(jì)中采用側(cè)向支撐的無(wú)底雙層平面結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)1.采用雙層熱變形機(jī)構(gòu)，在設(shè)定的微梁?jiǎn)卧矫娉叽鐑?nèi)，熱隔離梁和熱變形梁的長(zhǎng)度可以比單層熱變形機(jī)構(gòu)成倍的增加，從而使微梁?jiǎn)卧臏厣蛦挝粶厣臒嶙冃瘟刻岣咭槐?，最終導(dǎo)致探測(cè)靈敏度提高一倍以上。
2.通過(guò)錯(cuò)開上下平面層中回折梁的空間位置，讓下層梁位于上層梁的空隙位置、避免遮擋到達(dá)上層梁的紅外輻射，可以消除現(xiàn)有技術(shù)中由于同一平面層回折梁導(dǎo)致的單元空隙，提高感熱單元的占空比，從而提高微梁?jiǎn)卧募t外輻射吸收率。
3.在熱變形梁之間引入熱傳導(dǎo)梁替代部分熱隔離梁，使熱變形梁都處于相同的高溫升條件，從而提高微梁?jiǎn)卧w的變形量。
4.雙層吸熱板共振腔結(jié)構(gòu)使得入射紅外線在吸熱共振板處(即 處)形成駐波的波腹，吸熱共振板達(dá)到最佳吸熱效果，可以進(jìn)一步提高紅外線的吸收效率，從而提高微梁?jiǎn)卧淖罱K溫升，導(dǎo)致探測(cè)靈敏度的進(jìn)一步提高。
四

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施方式之一，無(wú)吸熱共振板結(jié)構(gòu)示意俯視圖。雙層熱變形結(jié)構(gòu)感熱微梁?jiǎn)卧?，熱變形機(jī)構(gòu)由下層的熱隔離梁2和上層的熱變形梁3組成，1為吸熱反光板，4為支撐梁。
圖2為圖1在A-A面上的剖視圖。上層的支撐梁4、吸熱反光板1、熱變形梁3為雙材料結(jié)構(gòu)，下層的熱隔離梁2為單材料梁。
圖3為圖1在B-B面上的剖視圖。
圖4為圖1在C-C面上的剖視圖。
圖5為本實(shí)用新型實(shí)施方式之二，熱變形機(jī)構(gòu)有熱傳導(dǎo)梁5的微梁結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于俯視圖1在A-A面上的剖視圖。熱變形機(jī)構(gòu)由熱隔離梁2、熱變形梁3和熱傳導(dǎo)梁5構(gòu)成，上層為熱變形梁3，下層的末級(jí)為熱隔離梁2、其余為熱傳導(dǎo)梁5；熱變形梁3和熱傳導(dǎo)梁5、熱隔離梁2間隔連接。
圖6為本實(shí)用新型實(shí)施方式之三，有吸熱共振板結(jié)構(gòu)的示意俯視圖。吸熱反光板由上層的反光板和下層的吸熱共振板7構(gòu)成，中間由加強(qiáng)筋6連接。
圖7為圖6在A-A面上的剖視圖。7為吸熱共振板，6為上層反光板與下層吸熱共振板7相連的加強(qiáng)筋。
圖8為圖6在C-C面上的剖視圖。
圖9為本實(shí)用新型實(shí)施方式之四，熱變形機(jī)構(gòu)的上下層微梁錯(cuò)位，以提高單元占空比結(jié)構(gòu)示意俯視圖。雙層結(jié)構(gòu)感熱微梁?jiǎn)卧?，每組熱變形機(jī)構(gòu)由上層的熱變形梁和位置錯(cuò)開的下層的熱傳導(dǎo)梁或熱隔離梁組成，吸熱反光板可以包含實(shí)施方式一和三。
圖10為圖9在A-A面上的剖視圖。上下層回折梁錯(cuò)開結(jié)構(gòu)的側(cè)面剖面示意圖。
圖11為雙層回折梁結(jié)構(gòu)的第一折角度偏轉(zhuǎn)變形示意圖。當(dāng)發(fā)生熱變形時(shí)，熱隔離梁2-1不彎曲，熱變形梁3-1彎曲，在其末端切線方向得到轉(zhuǎn)角為θ1(熱變形梁3-1自身彎曲的轉(zhuǎn)角)。
圖12為雙層回折梁結(jié)構(gòu)的第二折角度偏轉(zhuǎn)變形量疊加示意圖。與熱變形梁3-2連接的熱隔離梁2-2不彎曲，并與熱變形梁3-1的末端切線方向平行，在末端轉(zhuǎn)角保持為θ1。熱變形梁3-2彎曲，轉(zhuǎn)角為θ2(熱變形梁3-2自身彎曲的轉(zhuǎn)角)，并與熱變形梁3-1的轉(zhuǎn)角θ1發(fā)生疊加，在熱變形梁3-2的末端切線方向轉(zhuǎn)角大小為θ1+θ2；由于吸熱反光板不變形，所以在吸熱反光板上得到的轉(zhuǎn)角為θ1+θ2。
圖13是本實(shí)用新型的陣列平鋪示意圖。
五、具體實(shí)施方案一種光學(xué)讀出紅外傳感器，包括固定在支撐梁上的微梁?jiǎn)卧⒘簡(jiǎn)卧蔁嶙冃螜C(jī)構(gòu)和吸熱反光板、支撐梁組成。其最基本的形式為熱變形機(jī)構(gòu)由一根熱隔離梁和一根熱變形梁組成(所述的一根是指本構(gòu)件與其他構(gòu)件相連的兩端之間的連續(xù)部分)，吸熱反光板與熱變形梁的一端連接，熱變形梁另一端與熱隔離梁連接，熱隔離梁的另一端設(shè)在支撐梁上(參見(jiàn)圖1、2、3、4)。吸熱反光板為單層，上表面為用于光學(xué)讀出檢測(cè)用的反光面，下表面為面向紅外輻射源的紅外吸收面。熱變形機(jī)構(gòu)和吸熱反光板的下方?jīng)]有硅襯底，支撐梁位于熱變形機(jī)構(gòu)和吸熱反光板的側(cè)向。熱變形梁和熱隔離梁分別在上下兩層構(gòu)成折轉(zhuǎn)式分布，即熱變形梁和熱隔離梁位于吸熱反光板的兩邊上下來(lái)回折轉(zhuǎn)，與吸熱反光板的縱向平行并與之等長(zhǎng)，形成緊湊、規(guī)矩的雙層平面結(jié)構(gòu)。亦即整個(gè)微梁?jiǎn)卧獮閭?cè)向支撐的無(wú)底雙層平面結(jié)構(gòu)。
還可以在熱隔離梁和熱變形梁之間增加一對(duì)或更多的熱隔離梁和熱變形梁，并且間隔排列，即由兩根或更多的下層的熱隔離梁和上層的熱變形梁組成熱變形機(jī)構(gòu)；上層的初級(jí)熱變形梁與吸熱反光板連接、下層的末級(jí)熱隔離梁與支撐梁連接；熱變形梁和熱隔離梁間隔連接。這樣，吸熱反光板的最終角度偏轉(zhuǎn)變形量可以是多級(jí)熱變形梁變形效果的疊加，從而提高反光板的熱變形轉(zhuǎn)角(參見(jiàn)圖11、12)。
在此基礎(chǔ)上，還可以將熱隔離梁改變?yōu)闊岣綦x梁和熱傳導(dǎo)梁組合(參見(jiàn)圖5)，熱傳導(dǎo)梁和熱變形梁間隔排列，即每根熱傳導(dǎo)梁位于兩根熱變形梁之間(或者位于熱變形梁和吸熱反光板之間、熱變形梁和熱隔離梁之間)，但熱變形機(jī)構(gòu)的末級(jí)梁為熱隔離梁，即與支撐梁連接的為熱隔離梁。當(dāng)采用熱傳導(dǎo)梁的時(shí)候，由于熱傳導(dǎo)梁的導(dǎo)熱性能好卻不變形，使得兩端連接的熱變形梁的溫度相同，從而提高構(gòu)件總體的變形效果。
吸熱反光板還可以為雙層，上層為反光板，下層為吸熱共振板構(gòu)成，即上層的上表面為用于光學(xué)讀出檢測(cè)用的反光面，下層為面向紅外輻射源的紅外吸收層；上下層之間通過(guò)加強(qiáng)筋連接，使得入射紅外線在吸熱共振板處(即 處)形成駐波的波腹，吸熱共振板達(dá)到最佳吸熱效果，可以進(jìn)一步提高紅外線的吸收效率，從而提高微梁?jiǎn)卧淖罱K溫升，導(dǎo)致探測(cè)靈敏度的進(jìn)一步提高(參見(jiàn)圖6、7、8)。
還可以錯(cuò)開上下平面層中回折梁的空間位置，讓下層梁位于上層梁的空隙位置、避免遮擋到達(dá)上層梁的紅外輻射，可以消除現(xiàn)有技術(shù)中由于同一平面層回折梁導(dǎo)致的單元空隙，提高感熱單元的占空比，從而提高微梁?jiǎn)卧募t外輻射吸收率(參見(jiàn)圖9、10)。
上述結(jié)構(gòu)構(gòu)成的微梁?jiǎn)卧涂梢灾苯硬捎庙樞蚱戒伒姆绞綐?gòu)成陣列(如圖13)，得到的陣列緊密、規(guī)則、一致、無(wú)嵌套。
上述吸熱反光板由對(duì)紅外線有強(qiáng)烈吸收作用的薄膜材料(如SiNx，SiO2，多晶硅等)制成，吸收面積應(yīng)盡可能的大，以增加吸收的熱量。而且，在角度偏轉(zhuǎn)的靈敏方向上，光學(xué)探測(cè)靈敏度和吸熱反光板的長(zhǎng)度成正比(或與反光板的長(zhǎng)度的衍射譜寬度成反比)，所以在有限的區(qū)域內(nèi)，應(yīng)盡可能的設(shè)計(jì)為窄長(zhǎng)的矩形結(jié)構(gòu)(本實(shí)用新型正好有利于此)，可以獲得更高的光學(xué)探測(cè)靈敏度。以SiNx為例，紅外線對(duì)其的穿透深度大約為1um，并考慮到系統(tǒng)熱容量過(guò)大會(huì)減慢系統(tǒng)對(duì)紅外的熱響應(yīng)速度，所以薄膜最佳厚度應(yīng)該在0.3～3um之間，使得紅外線能被充分吸收，同時(shí)具有較高的熱響應(yīng)速度。但是，該厚度不足以吸收全部的入射紅外線，為了達(dá)到最佳的吸收效果，可以利用吸熱反光板的光學(xué)檢測(cè)面上附著的金屬薄膜作為反射面，使入射紅外線在穿過(guò)SiNx后，未被吸收的部分在到達(dá)金屬層后發(fā)生反射，沿著入射方向的反方向第二次經(jīng)過(guò)SiNx薄膜、再次被吸收。
熱隔離梁由導(dǎo)熱系數(shù)小的材料(例如SiN、，SiO2，多晶硅，高聚物等)構(gòu)成，為了簡(jiǎn)化加工工藝，可采用與吸熱反光板1同樣的材料。一般為矩形截面的薄膜梁，在滿足支撐強(qiáng)度的前提下，更小的橫截面積和更長(zhǎng)的梁長(zhǎng)可以會(huì)得到更佳的隔熱效果。熱變形梁為雙材料梁，兩種材料的選擇應(yīng)該考慮到熱膨脹系數(shù)相差盡可能大而楊氏模量相差盡可能小。一般可以采用金屬和非金屬的組合(例如將金屬附著到非金屬薄膜上)，比如Au、Al、Ag、Pt、Ti等和SiNx、SiO2等的組合。在熱變形梁的兩種材料的厚度選擇上，為了使梁達(dá)到最大變形從而得到最高靈敏度，兩種材料厚度比值應(yīng)接近相應(yīng)的材料楊氏模量的反比平方根值，而梁的總厚度在滿足工藝條件和支撐條件的前提下應(yīng)該盡量小。熱隔離梁和熱變形梁的厚度在0.2～2um之間。熱傳導(dǎo)梁為導(dǎo)熱性能好且熱變形小的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，為了簡(jiǎn)化加工工藝，可以采用較厚的非金屬梁構(gòu)成。支撐梁由導(dǎo)熱性能好而剛度大的材料構(gòu)成(例如鍍金并附有硅襯底的較厚的非金屬梁構(gòu)成)，以保證每個(gè)單元處于相同的支撐和導(dǎo)熱狀態(tài)，而具有較好的一致性，為了簡(jiǎn)化加工工藝，也可采用與熱隔離梁同樣的材料與之加工成一體，然后在支撐梁的部位附著金屬薄膜和保留部分單晶硅襯底以增加導(dǎo)熱性能和支撐強(qiáng)度。熱傳導(dǎo)梁的厚度在0.3～3um之間。整個(gè)微梁?jiǎn)卧话銥榉叫位蛘呔匦危呴L(zhǎng)大小在20～200um的范圍。
本實(shí)用新型的實(shí)施例1為吸熱反光板由厚度為2um的SiNx和0.1um的Au復(fù)合薄膜構(gòu)成，熱變形梁由厚度為0.5um的SiNx和0.4um的Au復(fù)合薄膜構(gòu)成；熱隔離梁由厚度為0.5um的SiNx單一薄膜構(gòu)成；熱傳導(dǎo)梁由厚度為2um的SiNx薄膜構(gòu)成；支撐梁由厚度為2um的SiNx和0.4um的Au復(fù)合薄膜構(gòu)成，下方保留了部分硅襯底(約10微米厚)。
本實(shí)用新型的實(shí)施例2為吸熱反光板由厚度為0.3um的SiO2和0.05um的Al復(fù)合薄膜構(gòu)成，熱變形梁由厚度為0.1um的SiO2和0.08um的Al復(fù)合薄膜構(gòu)成；熱隔離梁由厚度為0.2um的SiO2單一薄膜構(gòu)成；熱傳導(dǎo)梁由厚度為0.3um的SiO2薄膜構(gòu)成；支撐梁由厚度為0.3um的SiO2和0.1um的Al復(fù)合薄膜構(gòu)成，下方保留了部分硅襯底(約10微米厚)。
本實(shí)用新型的實(shí)施例3為吸熱反光板由厚度為2.9um的SiNx和0.1um的Al復(fù)合薄膜構(gòu)成，熱變形梁由厚度為1.6um的SiNx和0.4um的Al復(fù)合薄膜構(gòu)成；熱隔離梁由厚度為2um的SiNx單一薄膜構(gòu)成；熱傳導(dǎo)梁由厚度為3um的SiNx薄膜構(gòu)成；支撐梁由厚度為2.9um的SiNx和0.1um的Al復(fù)合薄膜構(gòu)成，下方保留了部分硅襯底(約10微米厚)。
本實(shí)用新型的實(shí)施例4為吸熱反光板由上層的反光板、下層的吸熱共振板和連接上下兩層厚約2um的加強(qiáng)筋構(gòu)成，上層的反光板由厚度為0.5um的SiO2和0.05um的Au復(fù)合薄膜構(gòu)成，下層的吸熱共振板由0.3um的SiO2薄膜構(gòu)成，熱變形梁由厚度為0.3um的SiO2和0.2um的Au復(fù)合薄膜構(gòu)成；熱隔離梁由厚度為0.2um的SiO2單一薄膜構(gòu)成；熱傳導(dǎo)梁由厚度為0.5um的SiO2薄膜構(gòu)成；支撐梁由厚度為0.5um的SiO2和0.2um的Au復(fù)合薄膜構(gòu)成，下方保留了部分硅襯底(約10微米厚)。
本實(shí)用新型實(shí)施例的制作工序例如下首先在硅襯底上直接生長(zhǎng)制作器件結(jié)構(gòu)所需的第一層(下層)薄膜，利用圖形刻蝕法制作器件的下層熱隔離梁、熱傳導(dǎo)梁以及吸熱共振板結(jié)構(gòu)，并打薄熱隔離梁、或增厚熱傳導(dǎo)梁和吸熱共振板。然后在其上生長(zhǎng)一層犧牲層，并在犧牲層上刻蝕出雙層微梁結(jié)構(gòu)的上下結(jié)構(gòu)層連接段(梁的上下層回折部分和吸熱共振板與反光板連接筋)。在刻蝕好的犧牲層上直接生長(zhǎng)制作器件結(jié)構(gòu)所需的第二層(上層)薄膜，并刻蝕制作微梁的上層支撐梁(框架)、熱變形梁以及反光板結(jié)構(gòu)。然后去除器件結(jié)構(gòu)中熱隔離梁、吸熱反光板所在部分的硅襯底，僅保留支撐梁所在部分的硅襯底以加強(qiáng)支撐梁的支撐強(qiáng)度，同時(shí)提高其導(dǎo)熱性能。然后腐蝕掉犧牲層，釋放出僅由梁的上下層回折部分和吸熱共振板與反光板連接部分連接起來(lái)的雙層梁結(jié)構(gòu)，最后從結(jié)構(gòu)的上表面對(duì)支撐梁、熱變形梁和反光板鍍金屬膜而完成制作。
權(quán)利要求1.一種光學(xué)讀出紅外傳感器，包括固定在支撐梁上的微梁?jiǎn)卧?，微梁?jiǎn)卧邪瑹嶙冃螜C(jī)構(gòu)和吸熱反光板，熱變形機(jī)構(gòu)與支撐梁連接，熱變形機(jī)構(gòu)為兩組且對(duì)稱連接于吸熱反光板的兩側(cè)，熱變形機(jī)構(gòu)由熱隔離梁和熱變形梁構(gòu)成折轉(zhuǎn)式分布；其特征在于熱變形機(jī)構(gòu)為兩層，由上層和下層連續(xù)回折構(gòu)成，上下層之間通過(guò)梁的兩端連接；上層的初級(jí)與吸熱反光板連接、下層的末級(jí)與支撐梁連接；上層為熱變形梁、下層為熱隔離梁，熱變形梁和熱隔離梁間隔連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)讀出紅外傳感器，其特征在于所述的熱變形機(jī)構(gòu)中的下層粱位于上層梁的空隙位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)讀出紅外傳感器，其特征在于所述的熱變形機(jī)構(gòu)由熱隔離梁、熱變形梁和熱傳導(dǎo)梁構(gòu)成，上層為熱變形梁，下層的末級(jí)為熱隔離梁、其余為熱傳導(dǎo)梁；熱變形梁和熱傳導(dǎo)梁、熱隔離梁間隔連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的光學(xué)讀出紅外傳感器，其特征在于其中吸熱反光板由上層的反光板和下層的吸熱共振板構(gòu)成，上下層之間通過(guò)加強(qiáng)筋連接，上下層之間的距離為 λ為被探測(cè)紅外波長(zhǎng)峰值，n為正整數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的光學(xué)讀出紅外傳感器，其特征在于所述的微梁?jiǎn)卧蓪?duì)紅外有吸收作用的薄膜材料制作；吸熱反光板、熱變形梁和支撐梁的上表面上附著金屬薄膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)讀出紅外傳感器，其特征在于所述的微梁?jiǎn)卧蓪?duì)紅外有吸收作用的薄膜材料制作吸熱反光板、熱變形梁和支撐梁的上表面上附著金屬薄膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)讀出紅外傳感器，其特征在于所述的吸熱反光板、熱傳導(dǎo)梁的厚度在0.3～3um之間，熱隔離梁和熱變形梁的厚度在0.2～2um之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)讀出紅外傳感器，其特征在于所述的吸熱反光板、熱傳導(dǎo)梁的厚度在0.3～3um之間，熱隔離梁和熱變形梁的厚度在0.2～2um之間。
專利摘要本實(shí)用新型是一種光學(xué)讀出紅外傳感器，包括固定在支撐梁上的微梁?jiǎn)卧?，微梁?jiǎn)卧邪瑹嶙冃螜C(jī)構(gòu)和吸熱反光板，熱變形機(jī)構(gòu)形成折轉(zhuǎn)式分布；其特征在于熱變形機(jī)構(gòu)為兩層，由上層和下層連續(xù)回折構(gòu)成；上層的初級(jí)與吸熱反光板連接、下層的末級(jí)與支撐梁連接；上層為熱變形梁、下層為熱隔離梁，或者上層為熱變形梁，下層的末級(jí)為熱隔離梁、其余為熱傳導(dǎo)梁；熱變形梁和熱傳導(dǎo)梁、熱隔離梁間隔連接；上層和下層微梁還可以錯(cuò)位。本實(shí)用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)中感熱像素的平面尺寸有限而吸熱板和熱變形機(jī)構(gòu)又希望盡可能大的矛盾，使微梁?jiǎn)卧臏厣蛦挝粶厣臒嶙冃瘟俊⒏袩釂卧恼伎毡?、紅外線的吸收效率等進(jìn)一步提高，從而提高其紅外探測(cè)靈敏度。
文檔編號(hào)H01L31/08GK2911625SQ20052007532
公開日2007年6月13日 申請(qǐng)日期2005年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月6日
發(fā)明者張青川, 伍小平, 陳大鵬 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)