[發明專利]一種熱釋電紅外探測器及其制備方法

無效

• 申請號: 201110288708.8
• 申請日: 2011-09-26
• 公開（公告）號: CN102393249A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 梁庭;楊玉華;薛晨陽;雷程;楊緒軍;張文棟;劉俊;熊繼軍
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01J5/10
• 分類號: G01J5/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及紅外探測技術領域，特別涉及一種熱釋電探測器及其制備方法。

背景技術

熱釋電紅外探測器是70年代以來取得重大進展的一種新型熱探測器。它是利用某些材料的熱釋電效應探測紅外輻射的接收器件。由于其價格低、重量輕、光譜響應度寬、響應速度快、室溫非制冷、易于成像、性價比高等優點，被廣泛用于軍事、工業、醫藥衛生、科學研究及環境監測等領域，成為當前紅外技術領域研究的熱點之一。

影響紅外探測器性能的關鍵因素有兩個：一個因素是探測器單元的結構，另一個是熱釋電材料的性能。而熱釋電材料的選擇尤為重要。按其形態類型可分為體材料和薄膜材料兩大類。薄膜熱釋電探測器因其熱容量小，響應速度較快而備受大家追捧。但是薄膜熱釋電材料不易加工、材料強度不夠、厚度不容易實現、抵抗外界惡劣環境能力較弱、熱散失較為嚴重等諸多缺點，相對較難達到產業化進程控制。

發明內容

針對現有的熱釋電紅外探測設備的上述不足，本發明提供一種易加工、材料強度高、厚度容易實現、抵抗外界惡劣環境的影響能力較強、熱散失較輕的熱釋電紅外探測器及其制備方法。本發明采用晶片鍵合技術，即采用在不加任何粘合劑的情況下，將經過表面處理達到一定潔凈度和平整度的兩個晶片緊密的粘在一起的制備方法。采用晶片鍵合技術的熱釋電紅外探測設備的主要優點是克服了大的熱膨脹系數差和大的晶格系數失配差所導致的晶片在生長過程中的界面缺陷、彈性應力和位錯擴散到整個材料，從而能將不同材料在保留原始晶片完整性的情況下粘在一起。

本發明提供的熱釋電紅外探測器，其特征在于，包括硅襯底(1)、硅襯底(1)表面的絕熱層(2)、鍵合層(3)、熱釋電材料片(4)、上電極層(6)及紅外吸收層(7)，其中所述硅襯底(1)的絕熱層(2)和所述熱釋電材料片(4)通過所述鍵合層(3)鍵合在一起。

優選地，所述鍵合層(3)采用金屬介質，并且作為探測器的下電極層。進一步優選地，所述金屬介質包括Au-Sn合金或者焊錫。

優選地，所述絕熱層(2)是采用射頻濺射法在氬氣氣氛下在所述硅襯底(1)上制備的二氧化硅膜層。

優選地，所述熱釋電材料片(4)采用熱釋電鈮酸鋰晶體、鈮酸鍶鋇、鉭酸鋰晶體、硫酸甘氨酸晶體或者硫酸鋰晶體等熱釋電晶體材料。并且，所述熱釋電材料片(4)經過研磨法減薄。

優選地，所述硅襯底(1)為凳型微橋結構。

基于鍵合技術，本發明還提供了一種熱釋電紅外探測器制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，將硅襯底(1)的表面生成絕熱層(2)；

步驟2，將硅襯底(1)的所述絕熱層(2)與熱釋電材料片(4)相鍵合；

步驟3，在所述熱釋電材料片(4)上面制作上電極層(6)及紅外吸收層(7)。

優選地，所述步驟2中采用金屬介質鍵合所述絕熱層(2)與熱釋電材料片(4)。進一步優選地，所述金屬介質包括Au-Sn合金或者焊錫。步驟2中將所述金屬介質形成的鍵合層作為探測器的下電極層。進一步優選地，步驟2所述的鍵合具體包括：對所述絕熱層(2)和熱釋電材料片(4)分別進行拋光、清潔、活化和金屬介質釬焊片的表面處理；加熱至特定溫度并施加特定壓力使所述金屬介質焊焊片充分融化，將所述絕熱層(2)和熱釋電材料片(4)相粘合。

優選地，所述步驟1中生成所述絕熱層(2)是采用射頻濺射法在氬氣氣氛下在所述硅襯底(1)上制備的二氧化硅膜層。

優選地，所述熱釋電材料片(4)采用熱釋電鈮酸鋰晶體、鈮酸鍶鋇、鉭酸鋰晶體、硫酸甘氨酸晶體或者硫酸鋰晶體等熱釋電晶體材料。

優選地，所述步驟3包括對所述熱釋電材料片(4)經過研磨法減薄，以及通過光刻膠掩蔽和直流濺射工藝制作所述上電極層(6)及紅外吸收層(7)。

優選地，所述制備方法進一步包括：對所述硅襯底(1)進行刻蝕形成凳形微橋結構。

本發明的熱釋電紅外探測器在使用時作為下電極的鍵合層(3)接地，當紅外光照射到紅外吸收層(7)時，通過對光能的吸收，然后傳遞給熱釋電鈮酸鋰晶片等熱釋電材料片(4)，由于熱釋電鈮酸鋰晶體等熱釋電材料片(4)的熱釋電效應，在其表面就會立即產生一個瞬時的電信號，在通過上電極層(6)輸出該電信號，從而實現對紅外線的傳感探測。經試驗表明采用鍵合技術的熱釋電紅外探測器，與同種熱釋電材料的薄膜熱釋電探測器相比，具有易加工、材料強度高、厚度容易實現、抵抗外界惡劣環境的影響能力較強、熱散失輕等優點。

附圖說明