[發明專利]一種熱釋電光譜探測器的制備方法

無效

• 申請號: 201210231646.1
• 申請日: 2012-07-05
• 公開（公告）號: CN102721658A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 李永輝;易宏;黃家新
• 申請（專利權）人: 昆明斯派特光譜科技有限責任公司
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;B81C1/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 郭德忠;高燕燕

技術領域

本發明屬于光電及微機電系統技術領域，涉及一種熱釋電光譜探測器的制備方法，特別涉及一種用于有毒有害氣體分析儀的熱釋電光譜探測器的制備方法。

背景技術

由于絕大部分有毒有害氣體對某一波段的光譜都具有一定的吸收，所以依據這一光譜的吸收原理就能實現有毒有害氣體分析儀的制備。一般地說，有毒有害氣體對某一波段的光譜的吸收吻合比耳-朗伯定律：

P=P₀Exp(-kcl)

其中P₀為光源所產生的能量，P為通過存在待測氣體環境后所剩余的能量，k為吸收系數，l為光源距探測器單元的距離，c為待測氣體濃度。

在實際應用中，由光源發出的光輻射到被光譜傳感器上轉化為電壓信號，傳感器的電壓輸出受氣室中氣體吸收的影響而變化，氣體濃度越高，被吸收的光越高，傳感器上的輸出電壓越低，氣體濃度越低，吸收的光越少，傳感器輸出的電壓越高。傳感器輸出的電壓經前置放大器、差分放大器放大后，進入單片計算機或DSP數字信號處理器進行計算，根據數學模型和有關參數計算出濃度。

光譜傳感器是有毒有害氣體分析儀的核心電子元器件，它的性能參數直接影響到氣體分析儀的性能如檢測靈敏度。可供選擇的氣體分析儀所用的光譜能量接收器件有熱電堆型探測器、熱敏電阻型探測器及熱釋電探測器三大類。熱電堆型探測器電壓響應信號較小，而且溫度噪聲太大。熱敏電阻型探測器溫度噪聲太大，極難校正。所以熱釋電探測器是應用的主流。

根據光譜傳感器器件所采用的光電功能材料的形態的不同，熱釋電傳感器的技術路線共有兩條可供選擇；一條是采用陶瓷材料或晶體材料的混合式器件工藝技術路線，另一條是采用薄膜材料的集成式器件工藝技術路線。混合式器件的制備需要先把光敏元材料（鐵電陶瓷）減薄、研磨、拋光后再蒸鍍上下電極，隨之再完成焊接封裝，其工藝較為復雜，特別是在材料減薄工藝上，因而成品率很低成本較高，所謂器件是做出來的。集成式器件則可以在一塊襯底上一次就完成熱絕緣材料、下電極、鐵電薄膜及上電極的生長，隨后的工藝如劃片、焊接及封裝等就與陶瓷式一樣了。它的優點是工藝較為簡單、核心技術突破后成品率可以很高（一塊5英寸片上可長出幾千只單元器件，所謂器件是長出來的）。

目前各類有毒有害氣體分析儀所用的光譜能量接收器件所用的大部分是混合式熱釋電器件，它的缺點有如下三個方面：一、混合式熱釋電器件工作頻率較低，只能在低頻段如0.1Hz-5Hz頻率段工作才能滿足較高的電壓響應信號。而在這一低頻段如0.1Hz-5Hz頻率段，外界噪聲很大如白噪聲。二、混合式熱釋電器件受環境溫度波動的影響較大，需精確的溫度校正。三、混合式熱釋電器件受振動（如風）的影響較大，帶來較大的噪聲信號，影響零點的穩定。

而集成式熱釋電器件相對于混合式熱釋電器件來講，可克服如上缺點：一、集成式熱釋電器件工作頻率較高，可在高頻段如10Hz-200Hz頻率段工作亦能滿足較高的電壓響應信號。而在這一頻段，避開了低頻白噪聲，滿足ppm級氣體濃度檢測靈敏度。二、集成式熱釋電器件受振動（如風）的影響較小大，帶來的噪聲信號小，基本不影響零點的穩定。

因此，以集成式熱釋電器件代替混合式熱釋電器件作為氣體分析儀所用的光譜能量接收器件將大大提高系統的信噪比，進而提高檢測靈敏度。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有實用價值的集成式熱釋電光譜探測器的制作方法，解決目前混合式熱釋電紅外探測器存在的只能在低頻段工作、受振動及風等外界環境變化影響較大，因而在用于氣體分析儀的光譜能量接收器件時所帶來的系統信噪比較差、檢測靈敏度較低的缺點。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是提供一種用于有毒有害氣體分析儀的熱釋電光譜探測器的制備方法，其步驟如下：

步驟一，以硅單晶為基體，在其上制備無機-有機雜化的多孔SiO₂薄膜為熱絕緣結構薄膜。

步驟二，采用直流磁控濺射法在無機-有機雜化的多孔SiO₂薄膜上制備鉑/鈦金屬薄膜為下電極薄膜并采用正膠剝離法完成圖形化，其大小尺寸根據設計要求而定。

步驟三，采用射頻磁控濺射法或溶膠凝膠法在鉑/鈦金屬薄膜上制備光電薄膜并采用干發及濕發腐蝕法完成圖形化，其大小尺寸根據設計要求而定。

步驟四，采用直流磁控濺射法或真空熱蒸發法在光電薄膜上制備上電極薄膜并采用干發及濕發腐蝕法完成圖形化，其大小尺寸根據設計要求而定。

步驟五，采用等離子增強化學沉積法在上電極薄膜上生長一層芯片保護層，并按設計要求完成劃片。