一種新型基于紅外天線的微輻射熱測量計的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于非制冷紅外檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種紅外熱像儀技術(shù)，具體地，本實用新型涉及一種包括天線結(jié)構(gòu)的微輻射熱測量計。
【背景技術(shù)】
[0002]紅外熱像儀是利用紅外探測器、光學(xué)成像物鏡接收被測目標(biāo)的紅外輻射信號，經(jīng)過對被測物的紅外熱像進行掃描轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大處理及轉(zhuǎn)換通過監(jiān)測器顯示紅外熱圖像。紅外熱像儀依據(jù)探測器成像原理，可以分為光子紅外探測器和熱敏紅外探測器兩種。熱敏紅外探測器利用紅外輻射的熱效應(yīng)，通過熱和其他物理量的變換進行測量。微測輻射熱計(微輻射熱測量計)是熱敏紅外探測器的一種，其中主流技術(shù)為熱敏電阻式微測輻射熱計，根據(jù)使用的熱敏電阻材料的不同可以分為氧化釩探測器和非晶硅探測器兩種。
[0003]氧化I凡技術(shù)由美國的HoneywelI公司在上世紀(jì)九十年代初研發(fā)成功，而非晶娃技術(shù)主要由法國的CEA/LETI/LIR實驗室在上世紀(jì)九十年代末研發(fā)成功，目前主要由法國的S0FRADIR和ULIS公司生產(chǎn)，他們都是中國市場的供應(yīng)商。
[0004]微測輻射熱計的工作原理是溫度變化引起材料電阻變化，同時利用物體電阻對溫度的敏感性進行檢測。其種類較多，包括V0X，a-Si以及YBaCuO，其中VOx和a-Si是主流產(chǎn)品O
[0005]目前流行的微測輻射熱計的結(jié)構(gòu)通常都包括光學(xué)諧振腔和微橋結(jié)構(gòu)，基本都是利用表面犧牲層技術(shù)制作的S型橋型微測輻射熱計。其中橋面結(jié)構(gòu)是由鈍化層、紅外吸收層、金屬互連、熱敏感層、結(jié)構(gòu)支撐層和絕熱層構(gòu)成;橋臂實現(xiàn)對橋面的支撐和熱絕緣。反射層用于將透過橋面的紅外輻射反射回橋面，增加紅外輻射的吸收率;微橋結(jié)構(gòu)與基底的距離是λ/4，光學(xué)諧振腔是為了增加對紅外輻射的吸收率。如何提高微測輻射熱計的檢測靈敏度一直是本領(lǐng)域科研人員不斷努力的方向。另一方面，目前還沒有關(guān)于將光學(xué)天線結(jié)構(gòu)應(yīng)用于微測輻射熱計的應(yīng)用方案的研究報道。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型的目的在于提供一種新型基于紅外天線的微輻射熱測量計，通過將天線結(jié)構(gòu)引入至微輻射熱測量計結(jié)構(gòu)中，以提供具有較高的檢測靈敏度的微輻射熱測量計。
[0007]本實用新型的實施例是這樣實現(xiàn)的，一種新型基于紅外天線的微輻射熱測量計，包括天線結(jié)構(gòu)、基底結(jié)構(gòu)和微橋結(jié)構(gòu)，其中該基底結(jié)構(gòu)位于微橋結(jié)構(gòu)下方，且該基底結(jié)構(gòu)與微橋結(jié)構(gòu)之間形成光學(xué)諧振腔，該天線結(jié)構(gòu)具有兩個相對延伸的臂，在這兩個臂之間存在有間隙，該光學(xué)諧振腔位于該間隙中，這兩個臂和基底結(jié)構(gòu)的上表面均設(shè)置有紅外反射層，且所述兩個臂的紅外反射層的上表面與基底結(jié)構(gòu)的紅外反射層的上表面在同一個平面內(nèi)。
[0008]根據(jù)本實用新型的一個實施例，該微輻射熱測量計的兩個臂的紅外反射層與基底結(jié)構(gòu)的紅外反射層的厚度都在50-100nm范圍內(nèi)。
[0009]根據(jù)本實用新型的另一個實施例，該兩個臂的紅外反射層與基底結(jié)構(gòu)的紅外反射層均為金層。
[0010]根據(jù)本實用新型的另一個實施例，該天線結(jié)構(gòu)為雙極天線或蝴蝶結(jié)孔天線。
[0011 ]根據(jù)本實用新型的另一個實施例，該天線結(jié)構(gòu)的間隙寬度為60-160nm。
[0012]根據(jù)本實用新型的另一個實施例，該微橋結(jié)構(gòu)包括應(yīng)力調(diào)節(jié)層、金屬電極層、活性層及紅外吸收層。
[0013]本實用新型提供的微輻射熱測量計，引入了天線結(jié)構(gòu)，該天線結(jié)構(gòu)的兩個臂設(shè)置于光學(xué)諧振腔的兩側(cè)，該天線結(jié)構(gòu)能在兩個臂之間的間隙中使紅外線強度顯著增強，而本實用新型的微輻射熱測量計的光學(xué)諧振腔正位于該間隙中，通過對增強強度(聚集)的紅外線的讀取可顯著提高微輻射熱測量計在室溫條件下的信噪比，從而增強檢測靈敏度。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型一個實施例提供的包括雙極天線結(jié)構(gòu)的微輻射熱測量計的俯視圖；
[0015]圖2是本實用新型另一個實施例提供的包括蝴蝶結(jié)孔天線結(jié)構(gòu)微輻射熱測量計的立體圖；
[0016]圖3是同時制備本實用新型的天線結(jié)構(gòu)和基底結(jié)構(gòu)的工藝流程圖；
[0017]圖4是本實用新型實施例提供的不含天線結(jié)構(gòu)的微輻射熱測量計的剖面圖；
[0018]圖5是在圖3的工藝流程之后在基底結(jié)構(gòu)上進一步處理的工藝流程圖；
[0019]圖6-圖19為根據(jù)本實用新型一個實施例的含有天線結(jié)構(gòu)的微輻射熱測量計制備工藝中的各步驟對應(yīng)的產(chǎn)品的截面示意圖；
[0020]圖20顯示了本實用新型的雙極天線的間隙中紅外線強度增強與波長的函數(shù)關(guān)系；
[0021]圖21顯示了本實用新型的蝴蝶結(jié)孔天線的間隙中紅外線強度增強與波長的函數(shù)關(guān)系。
【具體實施方式】
[0022]為了使本實用新型要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0023]本實用新型提供一種新型基于紅外天線的微輻射熱測量計，其包括天線結(jié)構(gòu)、基底結(jié)構(gòu)和微橋結(jié)構(gòu)，其中該基底結(jié)構(gòu)位于微橋結(jié)構(gòu)下方，且該基底結(jié)構(gòu)與微橋結(jié)構(gòu)之間形成光學(xué)諧振腔，該天線結(jié)構(gòu)具有兩個相對延伸但不相互接觸的臂，在這兩個臂的前端存在有間隙，該光學(xué)諧振腔位于該間隙中，這兩個臂和基底結(jié)構(gòu)的上表面均設(shè)置有紅外反射層，且所述兩個臂的紅外反射層的上表面與基底結(jié)構(gòu)的紅外反射層的上表面在同一個平面內(nèi)。
[0024]圖1顯示了根據(jù)本實用新型的一個實施例的微輻射熱測量計I的俯視圖。如圖所示，微輻射熱測量計I包括天線結(jié)構(gòu)12和檢測裝置11，該天線結(jié)構(gòu)12為雙極天線，其中用于支撐天線結(jié)構(gòu)的本體未示出，該檢測裝置11包括基底結(jié)構(gòu)和微橋結(jié)構(gòu)，圖4中顯示了基底結(jié)構(gòu)111和微橋結(jié)構(gòu)112的相對位置關(guān)系。如圖1所示，該雙極天線12具有兩個矩形的臂，這兩個矩形的臂形狀基本相同，在兩個臂之間形成間隙。根據(jù)優(yōu)選實施例，每個臂的臂長為200-2500nm，臂寬為100-300nm，間隙寬度(兩個臂的最小距離，也就是兩個臂的尖端的距離)為60_160nm，該天線結(jié)構(gòu)的厚度為50_100nm。更優(yōu)選地，每個臂的臂長為400nm，臂寬為lOOnm，間隙寬度為60nm，該天線結(jié)構(gòu)厚度為50nmo
[0025]圖2顯示了根據(jù)本實用新型另一實施例的微輻射熱測量計I的立體圖，該實施例中的天線結(jié)構(gòu)12為蝴蝶結(jié)孔天線，檢測裝置11與圖1所示實施例相同。如圖2所示，該蝴蝶結(jié)孔天線12的兩個臂為三角形，它們的尖端相對，檢測裝置11設(shè)置于這兩個尖端之間的間隙中。優(yōu)選地，該蝴蝶結(jié)孔天線的間隙寬度為60-160nm，每個臂的臂長(從三角形頂點到底部的最小距離)為200-2500nm，該天線結(jié)構(gòu)的厚度為50-100nm。更優(yōu)選地，該蝴蝶結(jié)孔天線的間隙寬度為lOOnm，每個臂的臂長為200nm，該天線結(jié)構(gòu)的厚度為10nm0
[0026]根據(jù)本實用新型的一個實施例，該天線結(jié)構(gòu)的兩個臂和基底結(jié)構(gòu)均含有紅外反射層，且它們的紅外反射層同時形成。也就是說，在制得基底結(jié)構(gòu)的紅外反射層的同時即可獲得天線結(jié)構(gòu)。
[0027]圖3顯示了一種同時制備本實用新型的天線結(jié)構(gòu)和基底結(jié)構(gòu)的工藝流程。具體地，本實用新型的天線結(jié)構(gòu)和基底結(jié)構(gòu)的紅外反射層可通過以下方式制備:流程順序請參見圖3，先在襯底上涂覆一層50-100nm厚的光敏層，該光敏層由0.5-2%的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)構(gòu)成，然后傳入至EBL腔體內(nèi)，選擇束電流，低倍焦距，選定好曝光位置，進行曝光，曝光后進行顯影。隨后在90°C下進行烘干，濺射50-100nm的金層作為紅外反射層。然后利用lift-off(剝離)工藝進行圖形化處理，即可獲得分離的微輻射熱測量計的天線結(jié)構(gòu)和基底結(jié)構(gòu)，且此時兩種結(jié)構(gòu)都含有紅