[發明專利]熱光型紅外探測器及其制作方法

有效

• 申請號: 200910049388.3
• 申請日: 2009-04-15
• 公開（公告）號: CN101566502A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發明（設計）人: 馮飛;閆許;熊斌;王躍林
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00;B81B7/02;B81C5/00;B81C1/00;B81C3/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 潘振甦

技術領域

本發明涉及一種熱光型紅外探測器及制作方法，屬于微電子機械系統領 域。

背景技術

以HgCdTe、Microbolometer為代表的傳統紅外探測器采用電學讀出方式， 其芯片包含兩部分：紅外敏感陣列和信號讀取電路，兩部分集成在同一芯片 上，其技術復雜程度較高，導致這種紅外探測器特別是當陣列規模比較大時， 成本較高。光學讀出紅外熱成像技術是一種全新的紅外探測技術，它基于雙 材料效應或熱光效應將紅外輻射轉化為可見光或近紅外光圖像，并采用成熟 的CCD或CMOS相機進行探測，其探測器芯片中只包含紅外敏感陣列，不 需要信號讀取電路，大大降低了探測器芯片的制作難度。這種新型的紅外探 測器具有非致冷，探測靈敏度高，重量輕，能量消耗少等特點，更重要的是 其潛在的價格優勢明顯。

基于雙材料效應的光學讀出紅外探測器(BM-IRD)以雙材料梁為基本 結構單元，雙材料梁受紅外輻射將發生偏轉，通常基于4F光學系統將可動 微鏡的機械轉角轉化為可見光圖像，從而實現紅外探測，在這種技術方案中， 其光學系統的小型化將是一個挑戰(Yang?Zhao，Minyao?Mao，Roberto Horowitz，Arumava?Majumdar?and?et?al.Optomechanical?uncooled?infrared imaging?system：design，microfabrication，and?performance.Jounal?of Microelectomechanical?systems，vol.11，No.2，2002：136-146.)。基于熱光效應 的光學讀出紅外探測器(熱光型紅外探測器，TO-IRD)是利用某些具有較高 熱光系數的半導體薄膜，通過合適的膜系設計，使得每個像素都相當于一個 熱可調諧薄膜濾光片，當含有被測目標溫度分布信息的紅外輻射經過紅外光 學部分成像在TO-IRD上時，像素吸收紅外輻射溫度變化會引起材料折射率 的變化，導致像素對讀出光反射率(透射率)的變化，從而實現對讀出光的 調制，即每個像素都相當于一個波長轉換器，這些像素將被測目標的紅外輻 射轉化為CCD或CMOS相機易于探測的近紅外光信號，最后通過已商業化 的CCD或CMOS相機進行探測。整個紅外探測過程可概括為：紅外吸收→ 溫度變化→折射率變化→讀出光調制→近紅外光成像。與BM-IRD相比較， 在TO-IRD中無可動部件，相對降低了器件設計與制作難度，更為重要的是 其光學系統易于小型化。

就目前所查閱到的文獻資料，只有RedShift?System公司發表了TO-IRD 的研究結果(http://www.cndzz.com/tech/Article/cg/200604/5962.html)。他們以 透明導熱基板為襯底，以熱絕緣材料為犧牲層，以氮化硅/非晶硅為膜系材料， 設計并制作出了TO-IRD。在該方案中，支撐像素的隔熱柱高度是由犧牲層 的厚度所決定的，一般而言，犧牲層厚度通常只有幾微米厚，導致像素的隔 熱柱不高，限制了像素隔熱性能的進一步提高，這也是他們所制作的TO-IRD 的噪聲等效溫差不高的一個主要原因；沒有設計專門的紅外吸收層，紅外輻 射的吸收率偏低；另外在其器件的制作過程中尚未實現對器件的真空封裝。

發明內容

針對現有技術方案存在的問題，本發明的目的在于提出一種熱光型紅外探 測器(TO-IRD)及其制作方法，這種紅外探測器具有隔熱性能好，紅外輻射 吸收率高，在器件制作過程中實現對器件的真空封裝等優點。

本發明的目的是這樣實現的：在所述的TO-IRD中，采用特殊的隔熱柱結 構和工藝設計，制作出具有較高高度、站立于硅襯底上的隔熱柱，提高TO-IRD 的隔熱性能；在像素膜系結構中，通過設計和制作專門的紅外吸收層，提高 TO-IRD對紅外輻射的吸收率，且不影響它對讀出光的調制功能；采用硅玻 璃鍵合或在真空中粘接紅外濾光片，實現器件的真空封裝。