[發(fā)明專利]一種疏松化聚酰亞胺紅外吸收薄膜的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210019354.1
• 申請(qǐng)日: 2012-01-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102530843A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 翟厚明;馬斌;程正喜;張學(xué)敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號(hào): B81C1/00
• 分類號(hào): B81C1/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微機(jī)械結(jié)構(gòu)器件制備技術(shù)，特別涉及非致冷熱探測(cè)器中紅外吸收膜的制備。

背景技術(shù)

非致冷紅外探測(cè)器中，通常在像元表面沉積一層紅外吸收膜，該膜可提高像元的紅外輻射吸收率，從而提高器件響應(yīng)率。目前應(yīng)用于非致冷紅外探測(cè)器的紅外吸收膜主要有兩種制備方法。一種是采用濺射方法，在像元表面沉積一層厚度只有幾至十幾個(gè)納米厚的Ni、Ni/Cr合金、Ti等金屬，通過(guò)工藝控制使其方塊電阻在幾百歐姆范圍內(nèi)，利用自由電子共振吸收的機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外輻射能量吸收。該方法優(yōu)點(diǎn)是與非致冷探測(cè)器制備工藝兼容性好，圖形化工藝簡(jiǎn)單，薄膜與基底粘附性較好，而且熱質(zhì)量很小。但其缺點(diǎn)是吸收率低，通常只有50％左右。另一種制備方法是采用熱蒸發(fā)設(shè)備，在低真空的N2或Ar環(huán)境中緩慢蒸發(fā)Au、Pt等金屬，在基底的像元表面沉積3-5微米多孔疏松的薄膜結(jié)構(gòu)，即金黑薄膜。該薄膜特點(diǎn)是紅外輻射能量吸收率高，可達(dá)到90％以上，但是其缺點(diǎn)也非常明顯，突出表現(xiàn)為機(jī)械強(qiáng)度差、不易圖形化，熱質(zhì)量較高，因此黑金薄膜不適用于高響應(yīng)率、大規(guī)模陣列器件。此外，還有采用電鍍方式在非制冷探測(cè)器像元表面沉積黑金薄膜的方法，其薄膜結(jié)構(gòu)與效果同熱蒸發(fā)方法制備的黑金薄膜類似。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種疏松結(jié)構(gòu)聚酰亞胺紅外吸收薄膜及制備方法。該薄膜不但具有較高的紅外輻射吸收率，同時(shí)又具有良好的加工性能以及低的熱質(zhì)量，有利于提高非致冷探測(cè)器性能。

聚酰亞胺薄膜由光敏型聚酰亞胺樹(shù)脂旋涂在基底表面，采用光刻、顯影工藝使聚酰亞胺樹(shù)脂在像元表面成型；聚酰亞胺樹(shù)脂經(jīng)亞胺化工藝后獲得聚酰亞胺薄膜，該薄膜可與基底形成良好粘附；疏松化通過(guò)腐蝕并去除混合在聚酰亞胺樹(shù)脂中的鋁粉末顆粒實(shí)現(xiàn)，利用疏松化后的多孔結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)輻射光譜高吸收率；用氧等離子體刻蝕方法控制聚酰亞胺的厚度，并有效減輕像元熱質(zhì)量，同時(shí)保證鋁粉末顆粒表面部分或完全露出，使鋁粉末顆粒在后續(xù)工藝腐蝕中能完全去除；

本發(fā)明的技術(shù)特征在于：

1、紅外吸收材料是疏松化后的型聚酰亞胺薄膜；

2、聚酰亞胺薄膜疏松化是通過(guò)腐蝕、去除聚酰亞胺薄膜中的金屬粉末實(shí)現(xiàn)

3、采用亞胺化工藝使聚酰亞胺薄膜與探測(cè)器像元有良好的粘附

4、用氧等離子體刻蝕方法對(duì)聚酰亞胺薄膜減薄，可減輕像元熱質(zhì)量，同時(shí)保證鋁粉末顆粒表面部分或完全露出，使鋁粉末顆粒在后續(xù)工藝腐蝕中能完全去除；

本發(fā)明的工藝步驟如下：

1、將光敏型聚酰亞胺樹(shù)脂與直徑為3-4微米的鋁粉末攪拌混合，使鋁粉末顆粒均勻分布于樹(shù)脂中，形成樹(shù)脂混合物，兩者的質(zhì)量混合比例為1∶2；

2、在勻膠機(jī)上采用旋涂的方式使樹(shù)脂混合物均勻涂布于硅基底表面。控制勻膠機(jī)旋轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速使樹(shù)脂混合物厚度約5微米；涂布了樹(shù)脂混合物的硅基底在熱板上進(jìn)行前烘，烘烤溫度為120℃，烘烤時(shí)間為3分鐘；

3、對(duì)涂布了樹(shù)脂混合物的硅基底曝光，在非致冷探測(cè)器像元表面光刻出與像元同樣大小的圖形；對(duì)樹(shù)脂混合物在正膠顯影液中顯影后，去除非像元處的樹(shù)脂混合物，使其圖形化；

4、將涂布有聚酰亞胺樹(shù)脂的硅基底置于150℃烘箱中烘烤2小時(shí)，使聚酰亞胺樹(shù)脂亞胺化，形成聚酰亞胺薄膜；

5、用氧等離子體去膠機(jī)對(duì)硅基底進(jìn)行刻蝕，將聚酰亞胺薄膜厚底減薄到2微米，使被聚酰亞胺包覆的鋁粉末顆粒全部或部分露出；

6、在室溫下將硅基底浸泡于濃度為10％的四甲基氫氧化銨溶液中，濕法腐蝕鋁粉末顆粒，直至鋁粉末顆粒被完全腐蝕去除，用去離子水沖洗硅基底，將10％四甲基氫氧化銨殘余溶液沖洗干凈。將硅基底置于60℃烘箱中烘烤2小時(shí)，去除吸附的水份。

其中，光敏型聚酰亞胺樹(shù)脂，可以是正性，也可以是負(fù)性；如果是正性聚酰亞胺樹(shù)脂，光刻版像元處圖形不透光，如果是負(fù)性聚酰亞胺樹(shù)脂，光刻版像元處圖形透光；

其中，制備有非致冷探測(cè)器的硅基底其犧牲層不是聚酰亞胺或其他有機(jī)材料，否則犧牲層去除時(shí)也同樣會(huì)去除紅外吸收薄膜；

其中，制備有非致冷探測(cè)器的硅基底電極壓腳需要保護(hù)。用濺射、剝離的方法在壓腳處用厚度2000A的Pt或Ti/TiN對(duì)其事先覆蓋；

其中，用氧等離子體去膠機(jī)對(duì)硅基底進(jìn)行刻蝕，使聚酰亞胺薄膜厚底減薄到2微米。該步工藝不僅可降低聚酰亞胺紅外吸收膜的熱質(zhì)量，同時(shí)也為了去除包覆在Al球顆粒表面的聚酰亞胺，使Al粉末顆粒在后續(xù)工藝中能被腐蝕；

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：疏松化后的聚酰亞胺薄膜與基底粘附牢固，易于圖形化，熱質(zhì)量較低，且有很高的光譜吸收率。

附圖說(shuō)明