1 结构设计条件
从提高红外探测器的响应率和探测率的角度考虑，对微测辐射热计的设计材料和热敏元件的结构，需要考虑如下几个方面
1）增加热敏电阻与热沉之间的热绝缘性，使热量集中在热敏元件上，减少热传导导热沉上。
2）降低热敏电阻的热容量C，从而在同样的红外辐射条件下，热敏电阻的温度变化尽可能大。
3）提高热敏材料的电阻温度系数，微测辐射热计的工作温度范围一般为-5℃-50℃，所以尽可能增加热敏材料在工作温度范围内的电阻温度系数。
2 芯片单元结构
根据以上设计条件微测辐射热计常用的两种结构是平面式结构和桥式结构
2.1 探测器平面式结构
在平面式结构中探测器和信号读出电路均制作在硅基底表面上，然后利用体微机械加工技术腐蚀掉探测器部分的硅基地，形成反射空腔结构。如图1所示。
图1 氧化钒微测辐射热计平面式结构
平面式结构的优点是易于实现，薄膜接哦古的机械稳定性好，常被用于评价敏感材料的性能，也可以用于单元器件或者小规模线阵及面阵器件。缺点是，芯片的面积利用率低，与基地的绝热效果不佳，探测器单元之间的串扰偏高，不利于大规模阵列的制造。
2.2 探测器桥式结构
探测单元结构采用微桥结构，如图2 a所示。微桥由桥墩，悬臂和桥面组成，制作在带有读出电路的衬底上，桥墩支撑起悬臂和桥面，使悬臂和桥面悬空，热敏薄膜和辐射吸收薄膜制备在桥面上。
图2 Schematic diagram of microbolometer. (a) Structure scheme of the pixel and (b) heat exchange diagram of the pixel.
The numbers 1–6 mean that
1: represents the radiation from substrate to sensitive element;
2: the radiation from sensitive element to substrate,
3: the radiation from the targets to sensitive element,
4: radiation from sensitive element to surrounding environment,
5: the electro-thermal power generated by the bias voltage,
6: the thermal conduction power from sensitive element to substrate though bridge legs.
红外辐射的吸收主要在桥面区域（SiNx/VOx/SiNx）完成。悬臂部分顶层SiN吸收的辐射能可以忽略不计。红外辐射照射到桥面上，相继在SiNx/VOx/SiNx/Air/AL介质膜中经过反射，透射和吸收，因此形成一个多层的光学薄膜系统，简称膜系。光学中已发展出成熟的针对各种膜系的计算方法来计算膜系的透射，反射和吸收等性质。其中膜系各膜层的厚度折射率等参数直接影响整个膜系的光学性质。通过设计优化膜系参数可得到好的吸收系数。
每个探测单元都是一个独立的个体。每个探测单元包括两条悬臂，设Ac为探测单元总面积（包括悬臂在内）。微测辐射热计工作时，支撑悬臂并无探测作用，只有桥面上的敏感薄膜起到探测吸收红外光作用。因此敏感薄膜的面积即为有效探测面积，设为A。填充因子为Ff为有效探测面积与探测单元总面积的比值，即
3 探测单元热传导
通过三种方式进行热传导
1） 热传导：单个探测单元中，敏感薄膜吸收的热量从桥面经过悬臂传向衬底，相邻单元中存在微小的热传导；若不进行真空封装，则探测单元与周围大气也存在热传导。
2） 热对流：探测单元在没有真空封装时，与周围大气之间的热损耗是传导方式而不是对流方式，对流方式相对传导作用非常微弱。
3） 热辐射：能量从探测单元向周围环境辐射，同时环境也向探测单元辐射热量。
大多数探测器都是进行真空封装，以降低通过对流和传导与大气之间的热损耗，所以探测单元的热损耗只存在于与环境之间的辐射方式和经过悬臂的热传导。
4 吸收率
要使微测辐射热计对红外辐射的吸收率尽量高，可从以下两方面入手。
1）提高填充系数
填充系数定义为微测辐射热计对红外辐射的有效吸收面积占其总面积的百分比。微桥的桥臂、相邻微桥之间的空隙、连接微桥与读出电路的过孔等所占的面积都是没有红外吸收能力的。图2所示的是典型的单层微桥结构，其填充系数一般是60%～70%，且随着像元尺寸的减小，单层结构的填充系数会进一步下降。
要增加填充系数以获得更高的吸收率，可以采用如图3所示的双层伞形微桥结构，红外辐射吸收材料处于上方第二层，形似撑开的雨伞，桥臂及其他无吸收能力的部分都放到伞下的第一层。这种结构的填充系数可做到90%左右。
图3 Double stage VO2-based microbolometer fabricated at INO on a 1.5 µm CMOS read out circuit.
2）光学谐振腔设计
通过设计光学谐振腔也可以提高微测辐射热计对红外辐射的吸收率。因为有相当一部分入射的红外辐射能量会穿透微桥结构的红外吸收层，所以通常在微桥下方制作一层红外反射面，将从上方透射来的红外辐射能量反射回红外吸收层进行二次吸收。吸收层与反射面之间的距离对于二次吸收的效果有较大影响，如果设计为红外辐射波长的1/4，就可增加吸收层对反射回来的红外能量的吸收。对8～14um的长波红外辐射，该距离约为2～2.5um。如图a 2所示
