专利名称：一种热型红外探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种红外探测器，尤其是一种热型红外探测器，属于微电子机械系统领域。
背景技术：
红外探测器按探测方法原理可以分为热型和光子型两类。热型红外探测器是利用某些物质对温度的敏感特性探测红外辐射能量的热敏元件，光子型红外探测器是利用光子效应探测红外辐射能量。其中，热型红外探测器实现红外辐射能量转换的模式之一是利用热阻效应，即金属或半导体吸收红外辐射温度升高而导致电阻变化，据此表征红外辐射功率。与光子型红外探测器相比，热型红外探测器的优点之一在于易于制造、成本低。因此， 研制具有低成本高产出的热型红外探测器具有产业实用价值。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述技术问题之一，尤其是提出一种具有低成本高产出特点的新型热型红外探测器。为达到上述目的，本发明提出一种热型红外探测器，包括红外吸收元件，所述红外吸收元件包括热膨胀材料；应力改变元件，至少部分所述应力改变元件被所述红外吸收元件包围；和至少两个电极，与所述应力改变元件接触。优选地，所述红外吸收元件包括氮化硅、氧化硅中的任意一种或其组合。优选地，所述应力改变元件包括半导体材料，如多晶硅或者单晶硅。优选地，所述应力改变元件完全被所述红外吸收元件包围。本发明提出一种新型的热型红外探测器，通过红外吸收元件吸收红外产生温升， 其中的热膨胀材料由于温升而产生热膨胀，从而挤压与红外吸收元件相连的应力改变元件，使该应力改变元件内部产生应力，进而使其载流子迁移率发生变化，即电阻率发生变化。通过电阻率的变化表征应力改变元件的应力变化，最终表征被吸收的红外辐射功率。本发明的优点在于，所述器件的制造完全基于大规模集成电路的硅平面工艺，具有低成本高产出的特点。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，本发明的附图是示意性的，因此并没有按比例绘制。其中图1-2为本发明实施例1的热型红外探测器的结构示意图；图3-4为本发明实施例2的热型红外探测器的结构示意图；图5-6为本发明实施例3的热型红外探测器的结构示意图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之 “上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。本发明提出一种新型的热型红外探测器，其基本结构包括红外吸收元件200、应力改变元件300和电极100，如图1-2所示，其中，图1为俯视图，图2为沿图1AA’方向的剖面图。其中，红外吸收元件200包括热膨胀材料，至少部分应力改变元件300被所述红外吸收元件200包围，电极100与应力改变元件300相连形成欧姆接触，并且电极100与外测试电路连接(图中未示出)，用于测试所述应力改变元件的电阻率变化。红外吸收元件200吸收红外产生温升，由于其包含热膨胀材料，因而发生膨胀，由于红外吸收元件200与应力改变元件300相连接，故红外吸收元件200的膨胀对应力改变元件300产生挤压，在应力改变元件300内引入应力，半导体内应力改变会导致半导体内载流子迁移率的变化，最终导致半导体电阻率的变化，故通过电极100可以测出应力改变元件300电阻率的变化，从而表征红外吸收元件200吸收红外辐射的功率。在本发明所例举的实施例中，红外吸收元件200为能够产生热膨胀的氮化硅、氧化硅中的任意一种或其组合；应力改变元件300为半导体材料，如多晶硅或者单晶硅；电极 100为金属电极，如铝、镍、氮化钛、钨、铝硅合金等电极材料。以下将对具体的器件结构给出不同的实施例。在一个优选的实施例(实施例1)中，应力改变元件300为长方体结构，红外吸收元件200于该长方体最大面积的两个对立面上对其形成完全包围结构，目的在于形成最易于对所述应力改变元件200产生挤压的接触结构，电极100位于应力改变元件300的两端之上，并与其形成欧姆接触，如图1-2所示。当然，该优选实施例可以有等同效果的替换结构，例如图3-4示出了另外一种应力改变元件300被红外吸收元件200完全包围的结构示意图(实施例2)，图3为俯视图，图4为沿图3中AA’方向的剖面图。其中，应力改变元件 300为圆柱体，红外吸收元件200于该圆柱体的侧壁上对其形成完全包围结构，电极100与该圆柱体上表面或下表面形成欧姆接触。在本发明另一个实施例(实施例3)中，红外吸收元件200可以部分包围应力改变元件300，如图5-6所示，其中，图5为俯视图，图6为沿图5中AA’方向的剖面图。应力改变元件300为长方体结构，其中AA’方向为长边方向，BB'方向为宽边方向，红外吸收元件 200于AA’方向的两个对立面上对其形成部分包围结构，电极100与应力改变元件300形成
4欧姆接触。该结构同样可以实现红外吸收元件200升温膨胀对应力改变元件300产生挤压的效果。需注意地是，本发明提出的各种结构，仅用于描述各个优选的实施例，并不在于限定本发明只能通过以上所列举的结构实现，对于其它具备等同思想的结构变换均包含在本发明的保护范围内，在此不再赘述。根据本发明的各个实施例的热型红外探测器，通过红外吸收元件吸收红外温度升高而产生热膨胀，从而挤压与红外吸收元件相连的应力改变元件，使该应力改变元件内部产生应力，进而使其载流子迁移率即电阻率发生变化，通过测量电阻率的变化表征应力改变元件的应力变化，最终表征被吸收的红外辐射功率。本发明的优点在于，所述器件的制造完全基于大规模集成电路的硅平面工艺，具有低成本高产出的特点。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
权利要求
1.一种热型红外探测器，其特征在于，包括红外吸收元件，所述红外吸收元件包括热膨胀材料； 应力改变元件，至少部分所述应力改变元件被所述红外吸收元件包围；和至少两个电极，与所述应力改变元件接触。
2.如权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述红外吸收元件包括氮化硅、氧化硅中的任意一种或其组合。
3.如权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述应力改变元件包括半导体材料。
4.如权利要求3所述的红外探测器，其特征在于，所述半导体材料包括多晶硅、单晶硅中的任意一种。
5.如权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述电极与测试电路连接，用于测试所述应力改变元件的电阻率变化。
6.如权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述应力改变元件完全被所述红外吸收元件包围。
全文摘要
本发明提出一种热型红外探测器，包括红外吸收元件，所述红外吸收元件包括热膨胀材料；应力改变元件，至少部分所述应力改变元件被所述红外吸收元件包围；和至少两个电极，与所述应力改变元件接触。红外吸收元件吸收红外温度升高而产生热膨胀，从而挤压与红外吸收元件相连的应力改变元件，使该应力改变元件内部产生应力，进而使其载流子迁移率发生变化，即电阻率发生变化，通过电阻率的变化表征应力改变元件的应力变化，最终表征被吸收的红外辐射功率。本发明的优点在于，所述器件的制造完全基于大规模集成电路的硅平面工艺，具有低成本高产出的特点。
文档编号G01J5/20GK102313601SQ20101022870
公开日2012年1月11日 申请日期2010年7月9日 优先权日2010年7月9日
发明者董立军, 陈大鹏 申请人:中国科学院微电子研究所