[發(fā)明專利]基于MEMS技術(shù)的高效紅外微菲涅爾透鏡陣列制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810561408.4
• 申請(qǐng)日: 2018-06-04
• 公開（公告）號(hào): CN108732660B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王煥煥;徐金國(guó);費(fèi)躍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 常州元晶電子科技有限公司
• 主分類號(hào): G02B3/00
• 分類號(hào): G02B3/00;G02B3/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明屬于傳感器領(lǐng)域，具體是一種基于MEMS技術(shù)的高效紅外微菲涅爾透鏡陣列制作方法。一種基于MEMS技術(shù)的高效紅外微菲涅爾透鏡陣列制作方法，它包括如下步驟，利用菲涅爾衍射原理形成衍射圖像、制作衍射屏、制作接收屏的步驟、曝光形成光刻膠圖形、蝕刻si圓片的步驟、清潔的步驟。本發(fā)明通過控制衍射成像間距，采用傳統(tǒng)光刻機(jī)直接對(duì)需要形成菲涅爾透鏡陣列的晶圓表面進(jìn)行衍射曝光，形成菲涅爾波帶片圖樣，再通過MEMS工藝手段對(duì)顯影后的晶圓進(jìn)行微機(jī)械加工，最終在晶圓表面形成具有指定焦距的菲涅爾透鏡，整體工藝簡(jiǎn)單高效易控，大大降低了傳統(tǒng)硅透鏡的各種打磨工序所消耗的工藝成本和生產(chǎn)時(shí)間，成像效率得以提升。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感器領(lǐng)域，具體是一種基于MEMS技術(shù)的高效紅外微菲涅爾透鏡陣列制作方法。

背景技術(shù)

自從英國(guó)物理學(xué)家William Herschel在1800年發(fā)現(xiàn)了紅外線后，開辟了人類應(yīng)用紅外技術(shù)的廣闊道路。在眾多紅外技術(shù)中，紅外熱成像技術(shù)迅速成為世界各國(guó)競(jìng)相研究和開發(fā)的方向和重點(diǎn)。紅外熱成像技術(shù)是以接收景物自身各部分輻射的紅外線來進(jìn)行探測(cè)，利用景物自身各部分輻射的差異獲得圖像的細(xì)節(jié)，其實(shí)質(zhì)是一種波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)，即把紅外輻射圖像轉(zhuǎn)換為可視圖像的技術(shù)，同時(shí)，由大氣透紅外性質(zhì)和目標(biāo)自身輻射所決定，紅外熱成像技術(shù)通常采用3～5μm和8～14μm兩個(gè)波段內(nèi)工作。紅外熱成像技術(shù)歷經(jīng)多年的發(fā)展，已從當(dāng)初的機(jī)械掃描機(jī)構(gòu)發(fā)展到了今天的全固體、小型化、全電子、自掃描凝視攝像，特別是非制冷技術(shù)使紅外熱成像技術(shù)從長(zhǎng)期的主要軍事目的擴(kuò)展到諸如工業(yè)監(jiān)控測(cè)溫、執(zhí)法緝毒、安全防犯、醫(yī)療衛(wèi)生、遙感、設(shè)備先期性故障診斷與維護(hù)、海上救援、天文探測(cè)、車輛、飛行器和艦船駕駛員用夜視增強(qiáng)觀察儀等廣闊的民用領(lǐng)域，紅外熱成像技術(shù)正走向輝煌。此外，紅外熱成像技術(shù)也是一個(gè)有非常廣闊前途的高科技技術(shù)，其大量的應(yīng)用已經(jīng)引起許多行業(yè)變革性的改變，創(chuàng)造了億萬的財(cái)富和無法預(yù)計(jì)的社會(huì)效益。

此外，一些新興技術(shù)，如紅外熱電堆技術(shù)在紅外非接觸測(cè)溫領(lǐng)域也被廣泛采用。紅外熱電堆技術(shù)利用塞貝克效應(yīng)，在硅片表面設(shè)計(jì)熱結(jié)和冷結(jié)。在熱結(jié)區(qū)域有紅外吸收層，負(fù)責(zé)吸收需要探測(cè)物體的紅外輻射(通常在8-14um波長(zhǎng)范圍)，紅外吸收層由于吸收紅外輻射而產(chǎn)生熱量傳導(dǎo)給熱結(jié)，熱結(jié)與處于硅基上與環(huán)境溫度相同的冷結(jié)產(chǎn)生一個(gè)溫度差，利用塞貝克效應(yīng)，在紅外熱電堆傳感器的兩個(gè)電極上產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)差，通過檢測(cè)電動(dòng)勢(shì)差的大小可以探測(cè)到需要探測(cè)物體的紅外輻射量的大小，進(jìn)而結(jié)合探測(cè)物體發(fā)射率、光學(xué)系統(tǒng)、熱轉(zhuǎn)換效率等參數(shù)給出探測(cè)物體的表面溫度。利用這種技術(shù)原理，我們可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離非接觸式的測(cè)溫。目前在耳溫槍、額溫槍、工業(yè)測(cè)溫槍、微波爐、空調(diào)、冰箱等領(lǐng)域已大量采用了紅外熱電堆傳感器或者紅外熱電堆傳感器陣列來實(shí)現(xiàn)智能化測(cè)溫，在醫(yī)療、白色家電領(lǐng)域有著巨大的市場(chǎng)規(guī)模和可持續(xù)性的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

以上無論是紅外熱成像技術(shù)還是紅外熱電堆技術(shù)，為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的紅外成像或者紅外測(cè)溫的目的，都需要用到紅外透鏡來接受被測(cè)物體發(fā)出的紅外光線，并聚焦到內(nèi)部的傳感器芯片表面。傳統(tǒng)的紅外透鏡，通常采用平凸硅透鏡或者平凸鍺透鏡來達(dá)到成像或者遙測(cè)的目的，要獲得不同的焦距，需要取得不同的曲率半徑。通常加工硅基或者鍺基的透鏡需要進(jìn)行切割、粗磨、精磨、拋光等工序，對(duì)加工精度要求很高，因此其成本一直居高不下而且很難實(shí)現(xiàn)大批量的量產(chǎn)，此外這種傳統(tǒng)工藝的硅基或鍺基透鏡也很難做成尺寸微小的透鏡陣列來實(shí)現(xiàn)提高光學(xué)效率的目的。在某些中低端應(yīng)用中，也有采用樹脂菲涅爾透鏡的。如圖1所示，A為傳統(tǒng)透鏡，B為菲涅爾透鏡，這種菲涅爾透鏡多是由聚烯烴材料注壓而成的薄片，鏡片表面一面為光面，另一面刻錄了由小到大的同心圓，它的紋理是根據(jù)光的干涉及擾射以及相對(duì)靈敏度和接收角度要求來設(shè)計(jì)的。樹脂菲涅爾透鏡其優(yōu)點(diǎn)是成本很低，也可以做成透鏡陣列，但由于襯底材質(zhì)是樹脂的，所以紅外透過率一般小于50％，能量利用率很低。此外，樹脂薄片在加工、安裝過程中產(chǎn)生的形變和翹曲也嚴(yán)重影響了透鏡的成像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)上述技術(shù)中存在的傳統(tǒng)工藝加工硅基或鍺基無法量產(chǎn)透鏡陣列以及樹脂透鏡紅外透過率低的缺點(diǎn)，提出一種基于MEMS技術(shù)的高效紅外微菲涅爾透鏡陣列制作方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的方法如下：