[發(fā)明專利]紅外探測器件及其制備方法

有效

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• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112201713B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝芳梅;李文杰;劉奧星;楊紫薇;劉宇;楊春雷
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
• 主分類號: H01L31/032
• 分類號: H01L31/032;H01L31/09;H01L31/20
• 代理公司: 深圳市銘粵知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44304
• 代理人: 孫偉峰;但念念

本發(fā)明提供了一種紅外探測器件及其制備方法，紅外探測器件包括襯底以及依次層疊設(shè)置于襯底上的絕緣層、微結(jié)構(gòu)層，所述微結(jié)構(gòu)層包括呈陣列設(shè)置的多個微結(jié)構(gòu)，所述紅外探測器件還包括設(shè)置于所述微結(jié)構(gòu)層表面的吸收層，所述吸收層的材質(zhì)為Ge₂Sb₂Te₅相變材料，所述微結(jié)構(gòu)層的材質(zhì)為金屬，所述微結(jié)構(gòu)層的局域表面等離激元的共振波長為0.75～300μm。本發(fā)明提供的紅外探測器件通過采用鍺銻碲合金作為吸收層的材質(zhì)以及在吸收層與絕緣層之間增加金屬材質(zhì)的微結(jié)構(gòu)層，一方面，能夠有效提升紅外探測器件的靈敏度，另一方面，微結(jié)構(gòu)層在外界紅外光的照射下，表面的自由電子會發(fā)生集體振蕩，產(chǎn)生局域表面等離激元，增加了對紅外波段的吸收，有效提升紅外探測器件的響應(yīng)度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及紅外探測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種紅外探測器件及其制備方法。

背景技術(shù)

紅外科學(xué)技術(shù)是研究紅外的各種物理學(xué)機(jī)理以及探測應(yīng)用的一種高新技術(shù)。紅外技術(shù)在軍事方面的優(yōu)異特性使得其發(fā)展非常迅速。目前，紅外探測器件已經(jīng)成為我國國防現(xiàn)代化技術(shù)的重要組成，例如，紅外成像、紅外偵探、紅外制導(dǎo)、紅外對抗等均是現(xiàn)代化戰(zhàn)爭中必不可少的戰(zhàn)術(shù)以及戰(zhàn)略手段。

隨著紅外技術(shù)的發(fā)展，紅外探測器件的材料也在不斷豐富。目前主要應(yīng)用的材料為InGaAs型，由于其可在室溫下制備，目前被廣泛應(yīng)用在國防科技領(lǐng)域。但是其生產(chǎn)工藝較復(fù)雜，缺陷容忍度低，價格昂貴，使得其應(yīng)用范圍受到一定的局限。所以尋找新的紅外探測材料，將紅外探測技術(shù)應(yīng)用到更廣泛的領(lǐng)域中，是目前科學(xué)家們研究的熱點(diǎn)。但是，紅外探測技術(shù)要應(yīng)用到更廣泛的領(lǐng)域，首先需要解決的就是成本問題，其次根據(jù)目前紅外的制備工藝，非制冷方向是大勢所趨。因此，非制冷、低成本、小型化是目前紅外探測技術(shù)發(fā)展的方向。

具有優(yōu)異熱敏性能的氧化釩薄膜材料是非制冷紅外探測器件的首選熱敏電阻材料。氧化釩光敏層薄膜具有對入射的紅外輻射熱量引起的溫度升高而產(chǎn)生電阻變化的敏感特性，它在非制冷微測輻射熱計等紅外探測設(shè)備中具有廣泛的應(yīng)用。氧化釩作為遠(yuǎn)紅外探測的理想材料，雖已被廣泛研究和應(yīng)用，但是，氧化釩的電阻溫度系數(shù)(Temperaturecoefficient ofresistance，TCR)目前僅能達(dá)到2％，且氧化釩的制備難度較大，因此，氧化釩作為遠(yuǎn)紅外探測的材料在如何提高探測器的靈敏度和響應(yīng)度上，仍然存在許多亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種紅外探測器件及其制備方法，能夠提升靈敏度的同時提升響應(yīng)度。

本發(fā)明提出的具體技術(shù)方案為：提供一種紅外探測器件，所述紅外探測器件包括襯底以及依次層疊設(shè)置于所述襯底上的絕緣層、微結(jié)構(gòu)層，所述微結(jié)構(gòu)層包括呈陣列設(shè)置的多個微結(jié)構(gòu)，所述紅外探測器件還包括設(shè)置于所述微結(jié)構(gòu)層表面的吸收層，所述吸收層的材質(zhì)為Ge₂Sb₂Te₅相變材料(GST)，所述微結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為金屬，所述微結(jié)構(gòu)層的局域表面等離激元的共振波長為0.75～300μm。

進(jìn)一步地，所述吸收層覆蓋于所述多個微結(jié)構(gòu)的頂面和側(cè)面。

進(jìn)一步地，所述微結(jié)構(gòu)層的材質(zhì)為金。

進(jìn)一步地，所述微結(jié)構(gòu)為長方體結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述微結(jié)構(gòu)與所述絕緣層貼合的一面的形狀為正方形，所述正方形的邊長為1～5μm，和/或，所述微結(jié)構(gòu)層的厚度為100～200nm，和/或，相鄰兩個微結(jié)構(gòu)之間的間距為2～3μm。

進(jìn)一步地，所述吸收層的厚度為100～400nm，和/或，所述吸收層的晶態(tài)為非晶態(tài)。

進(jìn)一步地，所述紅外探測器件還包括設(shè)于所述吸收層上的電極。

進(jìn)一步地，所述絕緣層的材質(zhì)為聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate，PMMA)。