一種太赫茲微測輻射熱計及其制造方法
【專利說明】 一種太赫茲微測輻射熱計及其制造方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及太赫茲探測技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種太赫茲微測輻射熱計及其制造方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]太赫茲是指頻率為0.1-10 THz (ITHz = 112Hz)范圍的電磁波，對應(yīng)波長范圍為3mm-30Mm，位于毫米波與紅外波之間，與其它波段的電磁輻射相比有其獨(dú)特的性質(zhì):①瞬態(tài)性:太赫茲脈沖的典型脈寬在皮秒量級；?寬帶性:太赫茲脈沖源通常只包含若干個周期的電磁振蕩，單個脈沖的頻帶可以覆蓋GHz至幾十THz的范圍相干性:太赫茲時域光譜技術(shù)的相干測量技術(shù)能夠直接測量太赫茲電場的振幅和相位，可以方便地提取樣品的折射率、吸收系數(shù)低能性:太赫茲光子的能量只有毫電子伏特，不會因?yàn)殡婋x而破壞位比被檢測物質(zhì)，從而可以安全地進(jìn)行生物醫(yī)學(xué)方面的檢測和診斷穿透性:太赫茲輻射對于很多非極性絕緣物質(zhì)，例如硬紙板、塑料、紡織物等包裝材料都有很高的穿透特性，對藏匿物體進(jìn)行探測懼水性:大多數(shù)極性分子如水分子、氨分子等對太赫茲輻射有強(qiáng)烈的吸收，可以通過分析它們的特征譜研究物質(zhì)含水量或者進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量控制光譜的特征吸收:由于許多極性大分子的振動和轉(zhuǎn)動能級正好處于太赫茲頻帶范圍，使太赫茲光譜技術(shù)在分析和研究大分子方面有廣闊的應(yīng)用前景。
[0005]太赫茲室溫探測器是一個新發(fā)展的研究方向，具有室溫工作、體積小、響應(yīng)快、可成面陣圖像、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。目前，實(shí)現(xiàn)小型化太赫茲波能量探測的技術(shù)包括熱釋電太赫茲探測器和高萊探測器(Golay Cell)兩種。
[0006]太赫茲探測器探測單元中的熱敏感薄膜對太赫茲波吸收很弱，使得太赫茲輻射信號檢測的難度較大。傳統(tǒng)的紅外探測器，如微測輻射熱計，對太赫茲的吸收僅為紅外吸收的2~5%左右，甚至比器件材料的不均勻度還要低，故極難區(qū)分噪音與被檢信號。因此，需要優(yōu)化太赫茲探測器以增強(qiáng)吸收性能。
[0007]傳統(tǒng)的紅外微測輻射熱計優(yōu)化項(xiàng)目，有三種種不同的優(yōu)化方法。其一是改變吸收層材料，增強(qiáng)吸收層的吸收率；其二是使用天線耦合法，利用電磁波理論增強(qiáng)太赫茲波吸收，其三是優(yōu)化諧振腔，增強(qiáng)太赫茲波輻射吸收。其中，由于太赫茲波長較長，對于提高諧振腔高度，使之滿足“ 1/4波長”的有效光學(xué)諧振器高度，難度較大。
[0008]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的之一是提供能夠顯著提高太赫茲輻射吸收率的太赫茲微測輻射熱計及其制造方法。
[0010]本發(fā)明公開的技術(shù)方案包括:
提供了一種制造太赫茲微測輻射熱計的方法，其特征在于，包括:制備襯底；在所述襯底上形成金屬反射層；在所述金屬反射層上形成光敏聚酰亞胺層，并在所述光敏聚酰亞胺層中制備金屬電極和金屬引線；在所述光敏聚酰亞胺層上形成介質(zhì)覆蓋層，所述介質(zhì)覆蓋層覆蓋所述光敏聚酰亞胺層；在所述介質(zhì)覆蓋層上形成懸空的微橋結(jié)構(gòu)，所述微橋結(jié)構(gòu)的周緣部分支撐在所述介質(zhì)覆蓋層上，所述微橋結(jié)構(gòu)的中心部分遠(yuǎn)離所述介質(zhì)覆蓋層并通過連接部分與所述周緣部分連接；在所述中心部分上形成太赫茲輻射吸收層；其中從所述光敏聚酰亞胺層與所述金屬反射層接觸的位置到所述微橋結(jié)構(gòu)的所述中心部分的距離為太赫茲福射的波長的四分之一。
[0011]本發(fā)明的一個實(shí)施例中，在所述金屬反射層上形成光敏聚酰亞胺層包括:在所述金屬反射層上旋涂光敏聚酰亞胺溶液，然后對涂覆的光敏聚酰亞胺薄膜進(jìn)行烘烤以去除涂覆的光敏聚酰亞胺薄膜中的溶劑。
[0012]本發(fā)明的一個實(shí)施例中，在所述光敏聚酰亞胺層中制備金屬電極和金屬引線包括:用光刻機(jī)對所述光敏聚酰亞胺層進(jìn)行曝光，形成電極孔；用磁控濺射方法在所述光敏聚酰亞胺層中形成金屬電極和金屬引線。
[0013]本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述介質(zhì)覆蓋層完全覆蓋所述光敏聚酰亞胺層。
[0014]本發(fā)明的一個實(shí)施例中，還包括:在所述微橋結(jié)構(gòu)上形成金屬電極層，所述金屬電極層連接所述太赫茲輻射吸收層和所述光敏聚酰亞胺層中的金屬電極和金屬引線。
[0015]本發(fā)明的一個實(shí)施例中，還包括:在所述太赫茲輻射吸收層上形成介質(zhì)層和金屬吸收層。
[0016]本發(fā)明的實(shí)施例中還提供了一種太赫茲微測輻射熱計，其特征在于，包括:襯底；金屬反射層，所述金屬反射層形成在所述襯底上；光敏聚酰亞胺層，所述光敏聚酰亞胺層形成在所述金屬反射層上，所述光敏聚酰亞胺層中形成有金屬電極和金屬引線；介質(zhì)覆蓋層，所述介質(zhì)覆蓋層形成在所述光敏聚酰亞胺層上并覆蓋所述光敏聚酰亞胺層；微橋結(jié)構(gòu)，所述微橋結(jié)構(gòu)形成在所述介質(zhì)覆蓋層上，并且所述微橋結(jié)構(gòu)的周緣部分支撐在所述介質(zhì)覆蓋層上，所述微橋結(jié)構(gòu)的中心部分遠(yuǎn)離所述介質(zhì)覆蓋層并通過連接部分與所述周緣部分連接；太赫茲輻射吸收層，所述太赫茲輻射吸收層形成在所述中心部分上；其中從所述光敏聚酰亞胺層與所述金屬反射層接觸的位置到所述微橋結(jié)構(gòu)的所述中心部分的距離為太赫茲福射的波長的四分之一。
[0017]本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述介質(zhì)覆蓋層完全覆蓋所述光敏聚酰亞胺層。
[0018]本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述微橋結(jié)構(gòu)上還形成有金屬電極層，所述金屬電極層連接所述太赫茲輻射吸收層和所述光敏聚酰亞胺層中的金屬電極和金屬引線。
[0019]本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述太赫茲輻射吸收層上還形成有介質(zhì)層和金屬吸收層。
[0020]本發(fā)明的實(shí)施例中的太赫茲微測輻射熱計增加了光敏聚酰亞胺層和介質(zhì)層，在介質(zhì)層上形成懸空的微橋結(jié)構(gòu)，微橋結(jié)構(gòu)頂層制備有太赫茲輻射吸收層。通過調(diào)整光敏聚酰亞胺層厚度，可以使微橋結(jié)構(gòu)獲得滿足“1/4波長”的有效光學(xué)諧振器高度，從而增強(qiáng)太赫茲輻射吸收層的吸收效率。介質(zhì)層完整覆蓋光敏聚酰亞胺層，保證其在上層微橋結(jié)構(gòu)中犧牲層釋放時不被去除，形成良好的力學(xué)支撐。該微橋結(jié)構(gòu)有效解決較高的光學(xué)諧振腔與高落差下的穩(wěn)定電學(xué)連通之間的矛盾，顯著提高微橋結(jié)構(gòu)的太赫茲輻射吸收率，工藝實(shí)現(xiàn)難度小。
[0021]
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明一個實(shí)施例的制造太赫茲微測輻射熱計的方法的流程示意圖。
[0023]圖2是本發(fā)明一個實(shí)施例的太赫茲微測輻射熱計的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面將結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例的太赫茲微測輻射熱計的具體結(jié)構(gòu)以及其制造方法的具體步驟。
[0026]圖1為本發(fā)明一個實(shí)施例的制造太赫茲微測輻射熱計的方法的流程示意圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例制造的太赫茲微測輻射熱計的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]如圖1所示，本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟10，可以制備襯底I，并且在襯底上形成金屬反射層2。
[0028]本發(fā)明的一些實(shí)施例中，制備襯底I的方法以及在襯底上形成金屬反射層2的方法可以是本領(lǐng)域常用的方法，在此不再詳述。
[0029]在步驟20中，可以在金屬反射層2上形成光敏聚酰亞胺層4，并在該光敏聚酰亞胺層中制備金屬電極和金屬引線3。
[0030]本發(fā)明的一些實(shí)施例中，可以使用旋涂的方法，在該金屬反射層2上旋涂光敏聚酰亞胺溶液，從而在金屬反射層上形成光敏聚酰亞胺薄膜，然后對涂覆的光敏聚酰亞胺薄膜進(jìn)行烘烤(例如，在120°C以下的溫度下)以去除涂覆的光敏聚酰亞胺薄膜中的溶劑。
[0031]在形成光敏聚酰亞胺層時，光敏聚酰亞胺層的厚度可以通過控制旋涂時旋涂機(jī)的轉(zhuǎn)速和/或旋涂次數(shù)而進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0032]本發(fā)明的一些實(shí)施例中，控制光敏聚酰亞胺層的厚度，可以使得該光敏聚酰亞胺層4增加微橋結(jié)構(gòu)7 (下文中詳述)的光學(xué)諧振腔高度，使之滿足波長的四分之一的最佳諧振高度。例如，一個實(shí)施例中，可以使從光敏聚酰亞胺層4與金屬反射層2接觸的位置到微橋結(jié)構(gòu)7的中心部分72 (下文中詳述)的距離為太赫茲福射的波長的四分之一。
[0033]本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在制備金屬電極和金屬引線3時，可以使用光刻機(jī)對光敏聚酰亞胺層進(jìn)行曝光，形成電極孔，然后用磁控濺射的方法在光敏聚酰亞胺層中形成金屬電極和金屬引線3。金屬電極和金屬引線3的厚度可以在0.03至0.5微米的范圍內(nèi)。
[0034]在步驟30中，可以在光敏聚酰亞胺層4上形成介質(zhì)覆蓋層5。該介質(zhì)覆蓋層5可以為低應(yīng)力介質(zhì)層，可以由氮化硅或者氧化硅材料制成。
[0035]例如，一個實(shí)施例中，介質(zhì)覆蓋層5可以為由PECVD設(shè)備制備的氮化硅或氧化硅薄膜，采用混頻生長技術(shù)控制薄膜的應(yīng)力。即采用兩套頻率不同的功率源交替工作，其中，高頻源頻率約幾十MHz，低頻源幾百kHz。PECVD沉積溫度為150~300°C，