一种新型辐射热测量计及制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于非制冷红外检测技术领域，涉及一种红外热像仪技术，具体地，本发明涉及一种包括天线结构的福射热测量计及其制备方法。
【背景技术】
[0002]红外热像仪是利用红外探测器、光学成像物镜接收被测目标的红外辐射信号，经过对被测物的红外热像进行扫描转换成电信号，经放大处理及转换通过监测器显示红外热图像。红外热像仪依据探测器成像原理，可以分为光子红外探测器和热敏红外探测器两种。热敏红外探测器利用红外辐射的热效应，通过热和其他物理量的变换进行测量。微测辐射热计是热敏红外探测器的一种，其中主流技术为热敏电阻式微测辐射热计，根据使用的热敏电阻材料的不同可以分为氧化钒探测器和非晶硅探测器两种。
[0003]氧化银技术由美国的Honeywell公司在上世纪九十年代初研发成功，而非晶娃技术主要由法国的CEA/LETI/LIR实验室在上世纪九十年代末研发成功，目前主要由法国的S0FRADIR和ULIS公司生产，他们都是中国市场的供应商。
[0004]微测辐射热计的工作原理是温度变化引起材料电阻变化，同时利用物体电阻对温度的敏感性进行检测。其种类较多，包括V0x，a-Si以及YBaCuO，其中VOjPa-Si是主流产品Ο
[0005]目前流行的微测辐射热计的结构通常都包括光学谐振腔和微桥结构，基本都是利用表面牺牲层技术制作的S型桥型微测辐射热计。其中桥面结构是由钝化层、红外吸收层、金属互连、热敏感层、结构支撑层和绝热层构成；桥臂实现对桥面的支撑和热绝缘。反射层用于将透过桥面的红外辐射反射回桥面，增加红外辐射的吸收率；微桥结构与基底的距离是λ/4，光学谐振腔是为了增加对红外辐射的吸收率。如何提高微测辐射热计的检测灵敏度一直是本领域科研人员不断努力的方向。另一方面，目前还没有关于将光学天线结构应用于微测辐射热计的应用方案的研究报道。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种微测辐射热计，通过将天线结构引入至微测辐射热计结构中，以提供具有较高的检测灵敏度的微测辐射热计。
[0007]本发明的实施例是这样实现的，一种微测辐射热计，包括天线结构、基底结构和微桥结构，其中该基底结构位于微桥结构下方，且该基底结构与微桥结构之间形成光学谐振腔，该天线结构具有两个相对延伸的臂，在这两个臂之间存在有间隙，该光学谐振腔位于该间隙中，这两个臂和基底结构的上表面均设置有红外反射层，且所述两个臂的红外反射层的上表面与基底结构的红外反射层的上表面在同一个平面内。
[0008]本发明的另一目的在于提供一种微测辐射热计的制备方法，该方法包括:
[0009](1)设置50-100nm厚的光敏层；
[0010](2)对该光敏层曝光显影后，在该光敏层上方溅射50-100nm的金层，进行图形化处理以获得天线结构以及用于形成光学谐振腔的基底结构；
[0011](3)设置牺牲层，该牺牲层由多晶硅或聚酰亚胺制成；
[0012](4)设置微桥结构；和
[0013](5)刻蚀并释放微桥结构。
[0014]本发明提供的微测辐射热计，引入了天线结构，该天线结构的两个臂设置于光学谐振腔的两侧，该天线结构能在两个臂之间的间隙中使红外线强度显著增强，而本发明的微测辐射热计的光学谐振腔正位于该间隙中，通过对增强强度(聚集)的红外线的读取可显著提高微测辐射热计在室温条件下的信噪比，从而增强检测灵敏度。
【附图说明】
[0015]图1是本发明一个实施例提供的包括双极天线结构的微测辐射热计的俯视图；
[0016]图2是本发明另一个实施例提供的包括蝴蝶结孔天线结构微测辐射热计的立体图；
[0017]图3是同时制备本发明的天线结构和基底结构的工艺流程图；
[0018]图4是本发明实施例提供的不含天线结构的微测辐射热计的剖面图；
[0019]图5是在图3的工艺流程之后在基底结构上进一步处理的工艺流程图；
[0020]图6-图19为根据本发明一个实施例的含有天线结构的微测辐射热计制备工艺中的各步骤对应的产品的截面示意图；
[0021]图20显示了本发明的双极天线的间隙中红外线强度增强与波长的函数关系；
[0022]图21显示了本发明的蝴蝶结孔天线的间隙中红外线强度增强与波长的函数关系Ο
【具体实施方式】
[0023]为了使本发明要解决的技术问题、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。
[0024]本发明提供一种微测辐射热计，其包括天线结构、基底结构和微桥结构，其中该基底结构位于微桥结构下方，且该基底结构与微桥结构之间形成光学谐振腔，该天线结构具有两个相对延伸但不相互接触的臂，在这两个臂的前端存在有间隙，该光学谐振腔位于该间隙中，这两个臂和基底结构的上表面均设置有红外反射层，且所述两个臂的红外反射层的上表面与基底结构的红外反射层的上表面在同一个平面内。
[0025]图1显示了根据本发明的一个实施例的微测辐射热计1的俯视图。如图所示，微测辐射热计1包括天线结构12和检测装置11，该天线结构12为双极天线，其中用于支撑天线结构的本体未示出，该检测装置11包括基底结构和微桥结构，图4中显示了基底结构111和微桥结构112的相对位置关系。如图1所示，该双极天线12具有两个矩形的臂，这两个矩形的臂形状基本相同，在两个臂之间形成间隙。根据优选实施例，每个臂的臂长为200-2500nm，臂宽为100_300nm，间隙宽度(两个臂的最小距离，也就是两个臂的尖端的距离)为60-160nm，该天线结构的厚度为50-100nm。更优选地，每个臂的臂长为400nm，臂宽为lOOnm，间隙宽度为60nm，该天线结构厚度为50nm。
[0026]图2显示了根据本发明另一实施例的微测辐射热计1的立体图，该实施例中的天线结构12为蝴蝶结孔天线，检测装置11与图1所示实施例相同。如图2所示，该蝴蝶结孔天线12的两个臂为三角形，它们的尖端相对，检测装置11设置于这两个尖端之间的间隙中。优选地，该蝴蝶结孔天线的间隙宽度为60-160nm，每个臂的臂长(从三角形顶点到底部的最小距离)为200-2500nm，该天线结构的厚度为50_100nm。更优选地，该蝴蝶结孔天线的间隙宽度为lOOnm，每个臂的臂长为200nm，该天线结构的厚度为lOOnm。
[0027]根据本发明的一个实施例，该天线结构的两个臂和基底结构均含有红外反射层，且它们的红外反射层同时形成。也就是说，在制得基底结构的红外反射层的同时即可获得天线结构。
[0028]图3显示了一种同时制备本发明的天线结构和基底结构的工艺流程。具体地，本发明的天线结构和基底结构的红外反射层可通过以下方式制备:流程顺序请参见图3，先在衬底上涂覆一层50-100nm厚的光敏层，该光敏层由0.5_2%的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)构成，然后传入至EBL腔体内，选择束电流，低倍焦距，选定好曝光位置，进行曝光，曝光后进行显影。随后在90°C下进行烘干，溅射50-100nm的金层作为红外反射层。然后利用lift-off (剥离)工艺进行图形化处理，即可获得分离的微测辐射热计的天线结构和基底结构，且此时两种结构都含有红外反射层(金层)，这样形成的红外反射层都在一个平面内。
[0029]优选地，在光敏层和红外反射层上还设置有保护层，该保护层可以由Si02制成。
[0030]在上面的制备步骤中，使用了 PMMA作为光敏层，优点是分辨率高，分辨率可以