[发明专利]具有氧化锌辐射热测量元件的辐射热测量器

说明书

本发明的技术领域

本发明涉及一种红外线辐射热测量器，特别是一种其中包含有氧化锌辐射热测量元件的红外线辐射热测量器。

背景技术

辐射检测器是一种产生输出信号的装置，该输出信号随着入射在该检测器的作用区上的辐射量而变化。红外线检测器对电磁光谱中的红外线范围的辐射是敏感的。有两种红外线检测器，即热检测器(包括辐射热测量器)和光子检测器。

光子检测器是根据入射在该检测器的传感器区域中并与该区域中的电子相互作用的光子数量来进行检测的。由于光子检测器是根据电子与光子之间的直接相互作用进行检测，它与辐射热测量器相比，其灵敏度高，响应速度快。然而，其缺点是，光子检测器只在低温时运行良好，因而必须在其中设一个附加的冷却系统。

另一方面，辐射热测量器是根据其检测器的传感器区域因吸收辐射而发生之温度变化进行检测。辐射热测量器提供的输出信号，也就是材料(称为辐射热测量元件)的电阻变化，该变化与传感器区域的温度成正比。该辐射热测量元件由金属和半导体制成。在金属中，电阻变化基本上是由于载流子迁移率的变化，它一般随温度而降低。采用高电阻率的半导体辐射热测量元件可以获得更好的灵敏度，在该元件中，自由载流子密度是温度的指数函数。

在图1和图2中，示出了一个三层辐射热测量器100，它公开在名称为“具有增强的填充因子的辐射热测量器”的美国专利申请中。该辐射热测量器100包括一个有源阵列层110、一个支撑层120、一对接线柱170和一个吸收层130。

该有源阵列层110设有一个含有集成电路(未示出)的基片112、一对连接端114和一个保护层116。每一个由金属制成的连接端114位于基片112的上部。由例如氮化硅(SiN_x)制成的保护层116覆盖基片112。该对连接端114电连接于该集成电路。

支撑层120包括一对由氮化硅(SiN_x)制成的桥路140，每一桥路140具有一条设置在其上部的导电线165。每一桥路140设置有定位部142、支承部144和升高部146，定位部142包括一个通孔152，导电线165的一端通过该通孔电连接至连接端114，支承部144支撑该升高部146。

吸收层130设置有一个蛇形辐射热测量元件，其周围环绕吸收器195和设置在该吸收器195上部的IR(红外线)吸收器覆盖层197。在蛇形辐射热测量元件185构成前后，通过涂覆氮化硅而构成吸收器195，以环绕该蛇形辐射热测量元件185。选择钛(Ti)作为辐射热测量元件185的材料，因为钛易于成形。

如图3所示，钛辐射热测量元件185的电阻表现为与温度的正向线性依赖关系。钛辐射热测量元件185的电阻温度系数(TCR)在300K时为0.25％K^-1。

再参照图1和图2，每一个接线柱170位于吸收层130与支撑层120之间。每一个接线柱170包括由金属(例如钛)制成的电导线管172，其周围包围有绝缘材料174，例如该绝缘材料由氮化硅(SiN_x)制成。电导线管172的顶端电连接至蛇形辐射热测量元件185的一端，该电导线管172的底端电连接至桥路140上的导电线165，在这种方式下，在吸收层130中蛇形辐射热测量元件185的两端通过电导线管172、导电线165及连接端114而电连接至该有源阵列层110的集成电路。当受到红外线辐射时，蛇形辐射热测量元件185的电阻率增大，从而引起电流和电压变化。由该集成电路放大该变化的电流或电压，在这种方式下，由一个检测电路(未示出)读出该放大的电流或电压。

上述的三层辐射热测量器100存在某些缺点。例如，在由氮化硅(SiN_x)制成的吸收器195的成形期间，由于氮化硅(SiN_x)只能在相对较高的温度(例如850℃以上)下成形，构成蛇形辐射热测量元件185的钛容易氧化，而这又将对其电阻温度系数(TCR)产生不利的影响。此外，由于该辐射热测量元件185采用钛制成，该辐射热测量器100的灵敏度低于所要求的灵敏度。

本发明的技术方案

因此，本发明的主要目的是提供一种红外线辐射热测量器，该测量器所包括的辐射热测量元件在高温下是稳定的，并具有较高的电阻温度系数(TCR)。