[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: 201310009416.5
• 申請日: 2013-01-11
• 公開（公告）號: CN103050580A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 張欣翼;王曉川;許麗娜;姚佶
• 申請（專利權）人: 四川匯源科技發展股份有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/101
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 張楊

技術領域

本發明屬于電子材料與元器件技術領域，尤其涉及一種熱釋電紅外探測器及制備方法。?

背景技術

熱釋電紅外探測器利用熱釋電材料的熱釋電效應工作。熱釋電材料處于低于居里溫度的恒溫環境時，其自極化電荷密度保持不變，這些電荷被空氣中的帶電離子中和；當紅外輻射入射熱釋電材料，被材料吸收后，材料溫度升高，自極化強度變小，即電荷面密度變小。這樣，熱釋電材料表面存在多余的中和電荷，這些電荷以電壓或電流的形式輸出，該輸出信號可以用來探測輻射。相反，當截斷該輻射時，熱釋電材料溫度降低，自極化強度增加，有相反方向的電流或電壓輸出。可見，要提高熱釋電紅外探測器的靈敏度，應該提高熱釋電敏感元的材料性能和絕熱性能，這樣在其他條件相同時，可以獲得更高的響應信號。?

目前，常用的熱釋電材料有BST、PZT、LiTaO₃和TGS等；熱釋電材料的形態有：單晶/陶瓷塊體材料、薄膜材料和厚膜材料。?

單晶/陶瓷塊體材料用晶體外延生長或者傳統陶瓷工藝制成，其優點是材料性能好，熱釋電系數高，介電損耗小。缺點是在使用塊體材料制作熱釋電紅外探測器件時，塊體材料要經過切片、研磨、拋光等工藝，減薄到幾十微米，工藝復雜、成本高，且成品率低；當樣品減薄到一定厚度時，材料的機械性能下降，一些微缺陷將暴露出來，會損害材料性能。減薄后的熱釋電敏感元通過導電膠和襯底粘接在一起，使得熱絕緣性能差，敏感元吸收的熱量大部分被流失，導致響應信號小、探測器靈敏度差。?

為了獲得更高的器件性能，人們提出了發展以熱釋電薄膜為敏感元的新型熱釋電紅外探測器。它利用射頻濺射（Rf-Sputtering）法、金屬有機物化學氣相沉積（MOCVD）法、溶膠-凝膠（Sol-gel）法以及分子束外延（MBE）法等在硅襯底上制備厚度為幾十——幾百納米厚的薄膜材料，再利用硅微細加工的辦法，形成微橋、懸臂梁等結構，提高熱釋電薄膜敏感元的絕熱性能。其優點是一方面采用熱絕緣結構減小了熱損耗，降低了熱串擾，可以提高器件性能；另一方面利用成熟的半導體工藝，簡化了工藝、降低了成本，為研制陣列數目更大的探測器提供了保障。缺點是熱釋電薄膜材料性能低、制備工藝重復性、一致性差，不利于大批量生產。?

厚膜材料其厚度在一微米到幾十微米的范圍，制備工藝成熟，主要的制備方法有絲網印刷(Screen?Printing)、新型Sol-gel制備技術和電泳沉積（Electrophoretic?Deposition）等。厚膜材料兼顧了塊材和薄膜材料的優點，它材料性能高，制備工藝成熟、低廉，工藝重復性和一致性好，適合大批量生產；它圖形化能力強，與半導體微細加工工藝兼容，能形成性能良好?的絕熱結構。?

正由于厚膜材料這些優點，人們對利用厚膜熱釋電材料制備紅外探測器進行了深入研究。傳統的熱釋電紅外探測器（結構示意圖如附圖1所示）的制作方法為：?

（1）在襯底101表面制備阻擋層102，采用光刻工藝和濺射技術，將底電極刻成所需圖案并制備底電極103；?

（2）在底電極103上制備熱釋電厚膜材料104，待厚膜靜置平坦和烘干后，利用等靜壓將厚膜表面壓平，接著高溫燒結使之成瓷，得到熱釋電紅外探測單元；?

（3）在熱釋電紅外探測單元上面濺射上電極105，對厚膜進行極化，獲得有一定性能的厚膜材料。?

上述制備方法存在一定的問題，首先是厚膜材料燒結溫度高、材料性能差。由于可以通過調整組份來制備所需性能優良的材料，所以在制備厚膜材料時加入了許多相，而材料混合不均勻及致密度較差會導致燒結溫度高，所獲材料性能較差；其次也是最嚴重的缺陷：厚膜材料容易開裂。為了獲得表面平整度較高的厚膜必須對厚膜材料進行等靜壓處理，而在做等靜壓時厚膜會承受一定的壓力，由于厚膜底部有阻擋層材料支撐平衡了向下的壓力，但是厚膜四周側面沒有支撐體，表面不平整的厚膜受力就會不均衡，其側面會承受向外的張力，加之如果所制備的厚膜材料混合不均勻，厚膜中存在不均勻的孔洞和間隙，在厚膜承受壓力后就很容易發生開裂。開裂嚴重損害厚膜的質量，同時也不利于上電極的制備，大大降低紅外探測器的成品率。?

因此，為了保證厚膜材料的質量，獲得性能良好和成品率較高的熱釋電紅外探測器，解決制備過程中厚膜燒結溫度高，材料性能差及厚膜開裂問題至關重要。?

發明內容

本發明的發明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種性能良好的凹槽結構的熱釋電紅外探測器及其制備方法。?

本發明的一種熱釋電紅外探測器的制備方法，包括下述步驟：?