[發(fā)明專(zhuān)利]一種立體雙層結(jié)構(gòu)的熱釋電非制冷自選頻紅外探測(cè)器

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710567701.7
• 申請(qǐng)日: 2017-07-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107356342A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁飛;周虎川;楊帆;高豪
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 成都市億泰科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01J5/14
• 分類(lèi)號(hào): G01J5/14
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于紅外探測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種與CMOS工藝兼容的立體雙層結(jié)構(gòu)的熱釋電非制自選頻冷紅外探測(cè)器。

背景技術(shù)

紅外探測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家科技實(shí)力的重要技術(shù)指標(biāo)之一，在許多國(guó)家的重大需求中都有充分的體現(xiàn)。作為紅外探測(cè)技術(shù)的分支，非制冷紅外探測(cè)技術(shù)因其具有功耗小、響應(yīng)頻譜寬等特征在國(guó)防和民用方面持續(xù)不斷的需求牽引下顯示出越來(lái)越重要的作用。基于熱釋電材料的非制冷紅外探測(cè)技術(shù)(熱釋電探測(cè))因其具有響應(yīng)速度快、性能高等特點(diǎn)，在國(guó)防安全、醫(yī)學(xué)、警戒等眾多領(lǐng)域具有廣泛的用途，從而受到高度重視。

目前基于CMOS工藝的熱釋電非制冷紅外探測(cè)器普遍采用傳統(tǒng)的平面熱電偶，由鋁和多晶硅構(gòu)成。因?yàn)殇X的熱導(dǎo)率很高，極易將熱電偶熱端的熱量傳遞給冷端，造成兩端的溫度差變小，使得熱電偶產(chǎn)生的電勢(shì)差變小，這就要求電壓讀出電路具有更高的靈敏度和分辨率。

另外，紅外吸收器也是熱釋電非制冷紅外探測(cè)器的關(guān)鍵原件。傳統(tǒng)的紅外吸收器通常利用材料本身的吸收性紙，但其吸收率不高，在50％以下。基于黑金和碳納米管的紅外吸收器雖吸收效率極高，但難以與CMOS工藝兼容，且成本高，對(duì)特定波長(zhǎng)探測(cè)時(shí)需要濾光片，增加系統(tǒng)的復(fù)雜度。

因此，如果能克服以上的不足，將極大地有利于提高熱釋電非制冷紅外探測(cè)器的性能。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種立體雙層結(jié)構(gòu)的熱釋電非制冷自選頻紅外探測(cè)器。本發(fā)明的解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種立體雙層結(jié)構(gòu)的熱釋電非制冷自選頻紅外探測(cè)器，包括硅基底、多個(gè)立體雙層結(jié)構(gòu)的熱電偶、一種三層結(jié)構(gòu)的自選頻紅外吸收器、接觸高電極、接觸低電極和二氧化硅薄膜。

一種三層結(jié)構(gòu)的自選頻紅外吸收器，包括氮化鈦納米薄膜、介電層和高電導(dǎo)率金屬反射層。

介電層在高電導(dǎo)率金屬反射層上，氮化鈦納米薄膜在介電層上。

進(jìn)一步的，氮化鈦納米薄膜厚度為1nm，面電阻為189Ω/□；介電層的厚度對(duì)應(yīng)的光程為所吸收的紅外光波長(zhǎng)的1/4。

一種三層結(jié)構(gòu)的自選頻紅外吸收器置于二氧化硅薄膜上，俯視形狀為正方形，四邊分別與多個(gè)立體雙層結(jié)構(gòu)的熱電偶的熱端接觸。每個(gè)立體雙層結(jié)構(gòu)的熱電偶位于二氧化硅薄膜上，且每個(gè)立體雙層結(jié)構(gòu)的熱電偶之間有一條貫穿整個(gè)二氧化硅薄膜的縫隙，作為立體雙層結(jié)構(gòu)熱電偶之間的熱隔離。二氧化硅薄膜下的硅基底是一個(gè)空腔。

一種立體雙層結(jié)構(gòu)的熱電偶，包括n型多晶硅、p型多晶硅、第一金屬導(dǎo)電片、第二金屬導(dǎo)電片、第三導(dǎo)金屬導(dǎo)電片、第四金屬導(dǎo)電片、第五金屬導(dǎo)電片、第六金屬導(dǎo)電片和二氧化硅絕緣層。

用二氧化硅絕緣層將長(zhǎng)方體形狀的n型多晶硅與外界環(huán)境隔離開(kāi)。在n型多晶硅上方的二氧化硅絕緣層上沉積體積稍小的長(zhǎng)方體p型多晶硅，用二氧化硅絕緣層將p型多晶硅與外界隔離開(kāi)。

在n型多晶硅兩端上方的二氧化硅絕緣層上各開(kāi)一小口，將第一金屬導(dǎo)電片和第二金屬導(dǎo)電片通過(guò)這兩個(gè)小口分別與n型多晶硅接觸。在p性多晶硅兩端上方的二氧化硅絕緣層上各開(kāi)一小口，將第三金屬導(dǎo)電片和第四金屬導(dǎo)電片通過(guò)這兩個(gè)小口分別與p型多晶硅接觸。同側(cè)的第一金屬導(dǎo)電片和第三金屬導(dǎo)電片用第五金屬導(dǎo)電片連接，另一側(cè)的第四金屬導(dǎo)電片用第六金屬導(dǎo)電片連接，并引入到立體雙層結(jié)構(gòu)的熱電偶的一側(cè)。

將兩個(gè)或兩個(gè)以上立體雙層結(jié)構(gòu)的熱電偶并排放置，通過(guò)串聯(lián)方式構(gòu)成一個(gè)熱電堆。

兩個(gè)立體雙層結(jié)構(gòu)的熱電偶具體的串聯(lián)方式為：將第一立體雙層結(jié)構(gòu)的熱電偶的第六金屬導(dǎo)電片與第二立體雙層結(jié)構(gòu)的熱電偶的第二金屬導(dǎo)電片接觸；將第一立體雙層結(jié)構(gòu)的熱電偶的第二金屬導(dǎo)電片和第二立體雙層結(jié)構(gòu)的熱電偶的第六金屬導(dǎo)電片分別作為高電極和低電極進(jìn)行電壓輸出。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)與傳統(tǒng)的摻雜多晶硅和鋁構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)熱電偶相比，本發(fā)明的熱電偶由一對(duì)n 型多晶硅和p型多晶硅構(gòu)成，鋁在其中的作用是連接n型和p型多晶硅并輸出電壓，熱量只能在摻雜多晶硅中傳輸；由于多晶硅相對(duì)于鋁具有更高的塞貝克系數(shù)、更低的熱導(dǎo)率，本發(fā)明所述的熱電偶具有更高的溫度靈敏度和更大的輸出電壓；雙層結(jié)構(gòu)n/p的兩種摻雜在不同材料層，燒結(jié)過(guò)程不會(huì)導(dǎo)致兩種載流子的相互作用，因此可以更緊密的排布熱電偶，提高空間利用率，進(jìn)而提高器件的性能。

(2)本發(fā)明采用的一種三層結(jié)構(gòu)的自選頻紅外吸收器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作成本低，無(wú)需額外的濾光器；兼容CMOS工藝，可直接制作在基于CMOS的紅外傳感器上；對(duì)特定波長(zhǎng)的紅外光實(shí)現(xiàn)幾乎100％的高效吸收。

附圖說(shuō)明