用于增大mems輻射熱測(cè)量計(jì)中的紅外吸收的裝置和方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于増大MEMS輻射熱測(cè)量計(jì)中的紅外吸收的裝置和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2012年8月23日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)61/692，406的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及MEMS (微機(jī)電)輻射熱測(cè)量計(jì)，并且更特別地涉及構(gòu)造MEMS輻射熱測(cè)量計(jì)以增大在波長(zhǎng)的期望范圍中的輻射吸收。
【背景技術(shù)】
[0004]輻射熱測(cè)量計(jì)是一種類(lèi)型的熱傳感器，其基于由物體發(fā)出的電磁輻射的變化來(lái)感測(cè)物體溫度的變化。通常，輻射熱測(cè)量計(jì)構(gòu)造用于檢測(cè)紅外范圍內(nèi)的輻射，所述紅外范圍內(nèi)的輻射具有大約3至12微米(3-12 μ m)的波長(zhǎng)。
[0005]大多數(shù)輻射熱測(cè)量計(jì)包括用于檢測(cè)/接收由物體發(fā)出的輻射的吸收體。在可用于形成吸收體的各種材料中，金屬通常被認(rèn)為是不合適的。這是因?yàn)橥ǔ＝饘俜浅Ｉ瞄L(zhǎng)于屏蔽/反射紅外福射。然而，發(fā)現(xiàn)在超薄層處，例如大約10納米(?1nm)處，金屬用作用于紅外輻射的良好吸收體。一經(jīng)吸收輻射，金屬的超薄層升溫并且表現(xiàn)出電阻方面的變化，所述電阻方面的變化由外部電路監(jiān)視以感測(cè)物體的溫度方面的變化。
[0006]當(dāng)使用由無(wú)孔隙的金屬超薄層形成的吸收體時(shí)，輻射熱測(cè)量計(jì)表現(xiàn)出相對(duì)窄的帶寬和用于吸收入射輻射的中等能力。輻射熱測(cè)量計(jì)的帶寬指的是能夠由吸收體檢測(cè)的波長(zhǎng)的范圍。輻射熱測(cè)量計(jì)的用于吸收的能力指的是由吸收體吸收的入射輻射的百分比。理想情況下，輻射熱測(cè)量計(jì)遍及寬的帶寬地吸收100%的入射輻射。然而，已知的輻射熱測(cè)量計(jì)不能夠?qū)崿F(xiàn)這些理想的規(guī)格。
[0007]因此，存在對(duì)于進(jìn)一步改進(jìn)輻射熱測(cè)量計(jì)的結(jié)構(gòu)以增大帶寬和用于吸收入射輻射的能力從而產(chǎn)生更有效的輻射熱測(cè)量計(jì)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，半導(dǎo)體傳感器包括襯底和吸收體。襯底包括至少一個(gè)反射部件。吸收體與所述至少一個(gè)反射部件間隔開(kāi)一距離。所述吸收體限定多個(gè)開(kāi)口，所述多個(gè)開(kāi)口中的每一個(gè)具有小于或等于所述距離的最大寬度。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，用于形成半導(dǎo)體傳感器的方法包括使吸收體與至少一個(gè)反射部件間隔開(kāi)一距離，并且在所述吸收體中形成多個(gè)開(kāi)口。所述多個(gè)開(kāi)口中的每個(gè)開(kāi)口限定小于所述距離的最大寬度。所述距離基于輻射的波長(zhǎng)并且所述距離小于輻射的波長(zhǎng)。因此，所述開(kāi)口是亞波長(zhǎng)開(kāi)口。
【附圖說(shuō)明】
[0010]通過(guò)參考下面的詳細(xì)描述和附圖，上述特征和優(yōu)點(diǎn)以及其他特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員變得更加明顯，在附圖中:
[0011]圖1是包括與反射體間隔開(kāi)的吸收體的現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體傳感器的透視圖；
[0012]圖2是示出圖1的半導(dǎo)體傳感器的吸收光譜的圖；
[0013]圖3是半導(dǎo)體傳感器的透視圖，如在本文所描述的，其包括與反射體間隔開(kāi)的吸收體，其中，所述吸收體限定多個(gè)亞波長(zhǎng)開(kāi)口 ；
[0014]圖4是示出圖3的半導(dǎo)體傳感器的吸收光譜的圖；
[0015]圖5是半導(dǎo)體傳感器的另一實(shí)施例的透視圖，如本文所描述的，所述半導(dǎo)體傳感器包括有溝槽的反射體層；
[0016]圖6是示出圖5的半導(dǎo)體傳感器的吸收光譜的圖；
[0017]圖7是半導(dǎo)體傳感器的另一實(shí)施例的透視圖，如本文所描述的，所述半導(dǎo)體傳感器包括濺射涂覆有鋁層的有溝槽的反射體層；
[0018]圖8是示出圖7的半導(dǎo)體傳感器的吸收光譜的圖；
[0019]圖9是半導(dǎo)體傳感器的另一實(shí)施例的透視圖，如本文所描述的，所述半導(dǎo)體傳感器包括濺射涂覆有鋁層的有溝槽的反射體層以及限定具有不同最大寬度的開(kāi)口的吸收體層；
[0020]圖10是示出圖9的半導(dǎo)體傳感器的吸收光譜的圖；
[0021]圖11是半導(dǎo)體傳感器的另一實(shí)施例的透視圖，如本文所描述的，所述半導(dǎo)體傳感器包括限定多個(gè)亞波長(zhǎng)開(kāi)口的吸收體和限定多個(gè)亞波長(zhǎng)開(kāi)口的反射體；
[0022]圖12是示出半導(dǎo)體傳感器的又一實(shí)施例的透視圖，如本文所描述的，所述半導(dǎo)體傳感器包括限定多個(gè)亞波長(zhǎng)開(kāi)口的吸收體和限定多個(gè)亞波長(zhǎng)開(kāi)口的反射體。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了促進(jìn)理解本發(fā)明的原理，現(xiàn)在將參考附圖所示的和在以下書(shū)面說(shuō)明中描述的實(shí)施例。需要理解的是，不旨在因此限制本發(fā)明的范圍。進(jìn)一步需要理解的是，本發(fā)明包括所示實(shí)施例的任何改動(dòng)和修改并且還包括如本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員通常想到的本發(fā)明的原理的其他應(yīng)用。
[0024]如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)的MEMS輻射熱測(cè)量計(jì)100包括吸收體104和襯底106，所述襯底包括反射體108。吸收體104通常是具有大約10納米(1nm)厚度的鉑的超薄層/片。在圖1的實(shí)施例中，吸收體104限定大約五十微米(50 ym)的長(zhǎng)度116和寬度120。吸收體104與反射體層108間隔開(kāi)一距離112，所述距離112為大致3微米(3 μπι)。圖1不是按比例繪制。
[0025]反射體108是與吸收體層104間隔開(kāi)的反射部件。反射體108通常由鉑或鋁形成。與吸收體104相比，反射體108相對(duì)較厚，其具有大約500納米(500nm)的厚度。反射體108的尺寸在面積上大約與吸收體104相同。
[0026]在使用中，輻射熱測(cè)量計(jì)100暴露于輻射，所述輻射通常是在紅外區(qū)域中。輻射施加到反射體108上。入射福射的至少一部分通過(guò)反射體108反射到吸收體104上。響應(yīng)于反射到其上的輻射，吸收體104經(jīng)受變化。吸收體104中的變化由外部電路(未示出)檢測(cè)/監(jiān)視以便確定輻射源于其的物體(未示出)的溫度。
[0027]圖2示出在輻射的紅外區(qū)域中的輻射熱測(cè)量計(jì)100的吸收光譜?？紤]從大約8微米(8μηι)延伸到14微米(微米)的波長(zhǎng)范圍，福射熱測(cè)量計(jì)100吸收在8微米處的福射的大約29%并且吸收在14微米處的輻射的大約17%。吸收百分比隨著波長(zhǎng)從8微米(8 μπι)增大到14微米(14 μm)而下降。福射熱測(cè)量計(jì)100對(duì)于大約6.5微米(6.5 μπι)的福射表現(xiàn)出大約70%的最大吸收百分比130。此外，輻射熱測(cè)量計(jì)100在如下所述相對(duì)窄的波長(zhǎng)區(qū)134中表現(xiàn)出腔共振。
[0028]在本文所描述的新穎的和非顯而易見(jiàn)的輻射熱測(cè)量計(jì)200(圖3)中，修改了輻射熱測(cè)量計(jì)的結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)在紅外范圍中的寬帶寬輻射吸收。特別地，輻射熱測(cè)量計(jì)200特別適合于吸收在8微米至14微米波長(zhǎng)范圍中的紅外福射。
[0029]如圖3所示，示出為MEMS輻射熱測(cè)量計(jì)200的半導(dǎo)體傳感器包括與反射體208間隔開(kāi)的吸收體204。如下所述，輻射熱測(cè)量計(jì)200能夠構(gòu)造用于吸收/檢測(cè)任何期望波長(zhǎng)的輻射。
[0030]在本文中也稱(chēng)為吸收體層的吸收體204通常是鉑的超薄層/片，其具有大約十納米(1nm)的厚度。在圖1的實(shí)施例中，吸收體204限定大約50微米(50 ym)的長(zhǎng)度216和寬度220。在另一實(shí)施例中，吸收體204由任何金屬形成并且具有本領(lǐng)域技術(shù)人員所期望的任何尺寸、形狀和厚度。吸收體204示出為大致平坦的，但是在另一實(shí)施例中，吸收體可以具有如本領(lǐng)域技術(shù)人員期望的任何構(gòu)造，所述構(gòu)造包括彎曲、曲面或其他非平面構(gòu)造。
[0031]吸收體204與反射體208間隔開(kāi)一距離212，所述距離212大約為3微米(3 μπι)。距離212基于將要由輻射熱測(cè)量計(jì)200檢測(cè)的輻射的期望波長(zhǎng)(或者輻射的波長(zhǎng)范圍)而選擇。圖3不是按比例繪制。在示例實(shí)施例中，距離212小于將要由輻射熱測(cè)量計(jì)200檢測(cè)的波長(zhǎng)(或在波長(zhǎng)范圍中的最短波長(zhǎng))。吸收體204與反射體208之間的區(qū)域稱(chēng)為腔224 ;因此，在本文中，距離212也稱(chēng)為腔距離。在另一實(shí)施例中，距離212在大約0.5微米(0.5 μm)與10微米(ΙΟμπι)之間，或者本領(lǐng)域技術(shù)人員期望的任一其他距離。
[0032]吸收體204限定完全延伸通過(guò)吸收體204的多個(gè)大致圓形開(kāi)口 220 (圖3的透視圖使得開(kāi)口顯得略呈橢圓形)。圖3的吸收體204包括六排，其中，在每排中具有六個(gè)開(kāi)口220以使開(kāi)口 220布置為矩形陣列。在另一實(shí)施例中，吸收體204限定以十排每排十個(gè)開(kāi)口布置的100個(gè)開(kāi)口 220。在又一實(shí)施例中，吸收體204限定如本領(lǐng)域技術(shù)人員期望的以任一構(gòu)造布置并且間隔開(kāi)任一距離的任一數(shù)量的開(kāi)口 220。同樣，開(kāi)口 220可以具有本領(lǐng)域技術(shù)人員所期望的任一形狀，諸如，矩形、橢圓形和三角形。在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)口 220除空氣外無(wú)任何物質(zhì)。在另一實(shí)施例中，開(kāi)口 220至少部分地填充有本領(lǐng)域技術(shù)人員所期望的物質(zhì)。
[0033]每個(gè)開(kāi)口 220限定大約3微米(3 μπι)的最大寬度228。由于開(kāi)口 2