[發(fā)明專利]一種非制冷長波紅外探測器用吸收層結構

有效

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• 申請日: 2014-01-17
• 公開（公告）號: CN103852171A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發(fā)明（設計）人: 歐陽程;黃志明;周煒;吳敬;高艷卿;龍芳;褚君浩
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01J5/02
• 分類號: G01J5/02;G01J5/08
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發(fā)明涉及光學薄膜元件，具體涉及一種非制冷長波紅外探測器用吸收層結構。

背景技術

非制冷熱敏薄膜型紅外探測器是一種重要的紅外探測器，相比體材料熱敏器件具有熱容小、響應速度快、可靠性和穩(wěn)定性高、重復性好等優(yōu)點，在軍事、民用和工業(yè)等領域有著廣泛的應用前景，例如可用于產(chǎn)品生產(chǎn)監(jiān)測、紅外熱成像、防火報警、非接觸測溫、光譜分析、溫度傳感器、導彈跟蹤和攔截、醫(yī)療診斷等諸多方面。熱敏型紅外探測器是利用紅外輻射的熱效應，通過熱與其他物理量（例如電阻值、自發(fā)極化強度、溫度電動勢等）的變換來探測紅外輻射的。在所有熱敏型紅外探測器中，以熱敏電阻型紅外探測器應用最為廣泛，它相比熱釋電和熱電偶兩種熱敏紅外探測器更容易制備，而且成本低廉，性能也更穩(wěn)定。

常用的熱敏電阻型材料主要有金屬和半導體薄膜。當溫度增加時，金屬薄膜電子遷移率下降，從而引起薄膜電阻增加，電阻溫度系數(shù)（TCR）為正值，但其值一般很小。而半導體材料的TCR一般要高一個數(shù)量級，是目前最常用的熱敏感材料。當溫度升高時，半導體材料的電荷載流子濃度和遷移率增大，電阻率隨著材料溫度升高而減小，顯示出負的TCR。熱敏電阻薄膜型紅外探測器具有非制冷、制作工藝與集成電路制造工藝兼容，便于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點，具有相當大的發(fā)展?jié)摿Γ悄壳鞍l(fā)展速度最快、性能最好和最具有應用前景的一種非制冷紅外探測器。

非制冷紅外探測的吸收層對紅外輻射的吸收特性，不僅直接影響著器件的響應率和探測率，還決定了器件的光譜響應特性。為了提高非致冷紅外探測器的性能，對于紅外吸收層來說，能以高效率吸收紅外輻射是非常重要的。本專利所提供的紅外吸收層的最大特點是在8–14微米紅外波段具有85%以上吸收率，同是該吸收層具有附著牢固、耐高溫、抗腐蝕性強、重復性好、比熱容低、傳熱性能優(yōu)異等優(yōu)點，易于與現(xiàn)有的微電子加工工藝兼容，適用于單元、線列及面陣紅外探測器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種非制冷長波紅外探測器用吸收層結構。本專利的設計有效解決了傳統(tǒng)紅外吸收層結構吸收波段短、和現(xiàn)有半導體工藝不兼容、難以用于線列和面陣探測器的問題。

本發(fā)明公開了一種非制冷長波紅外探測器用吸收層結構及其制備工藝，其結構如圖1所示，它由氮化硅薄膜1、鎳鉻合金層2和二氧化硅薄膜3組成，其特征在于：紅外吸收層結構按輻射的入射順序依次為氮化硅薄膜1、鎳鉻合金層2、二氧化硅薄膜3，其中：

所述氮化硅薄膜1的膜厚為1000nm–1200nm；

所述鎳鉻合金層2的膜厚為8nm–12nm，其方塊電阻為9.0Ω/□–10.0Ω/□；

所述二氧化硅薄膜3的膜厚為50nm–100nm。

本發(fā)明設計的長波紅外吸收層結構可以通過以下工藝步驟實現(xiàn)：

1）采用化學溶液法在非晶氧化鋁襯底上制備厚度為3.5μm錳鈷鎳氧薄膜。

2）在錳鈷鎳氧薄膜表面光刻圖形化，形成刻蝕掩膜。

3）采用氬離子/HBr濕法刻蝕工藝制作錳鈷鎳氧探測器光敏元，面積為0.01mm²-0.25mm²。浮膠清洗。

4）在薄膜表面光刻圖形化，采用雙離子束濺射工藝淀積50nm的鉻和200nm的金作為探測器的電極。浮膠清洗。

5）在薄膜表面光刻圖形化，采用射頻磁控濺射工藝淀積二氧化硅薄膜，厚度為50nm–100nm。

6）采用雙離子束濺射工藝淀積鎳鉻合金層，厚度為8nm–12nm。浮膠清洗。

7）在薄膜表面光刻圖形化，采用射頻磁控濺射工藝淀積氮化硅薄膜，厚度為1000nm–1200nm。浮膠清洗。

本專利的優(yōu)點在于：該紅外吸收層結構具有附著牢固、耐高溫、抗腐蝕性強、重復性好、比熱容低、傳熱性能優(yōu)異，在8–14微米紅外波段具有85%以上吸收率等優(yōu)點；同時該吸收層制備工藝簡單，易于與現(xiàn)有的微電子加工工藝兼容，利于工藝整合，適用于單元、線列及面陣紅外探測器。

附圖說明：

圖1為紅外吸收層結構圖，圖中1、氮化硅薄膜，2、鎳鉻合金層，3、二氧化硅薄膜，4、紅外熱敏感薄膜。

具體實施方式：

以下結合附圖，通過具體實例對本專利做進一步詳細說明，但本專利的保護范圍并不限于以下實例。

實例一：

在基于Mn_1.56Co_0.96Ni_0.48O₄熱敏薄膜型紅外探測器中，采用了本專利所提供的長波紅外吸收層結構。具體通過以下步驟實現(xiàn)。