[發明專利]一種柔性熱釋電探測器及其制作方法

在審

• 申請號: 202110684397.0
• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113432729A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 周長見;趙曉曦;李國元
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01J5/34
• 分類號: G01J5/34;G01J5/10
• 代理公司: 廣州海心聯合專利代理事務所(普通合伙) 44295
• 代理人: 黃為;冼俊鵬

本發明公開了一種柔性熱釋電探測器及其制作方法，涉及高精度探測技術。針對現有技術中單晶或陶瓷無法應用在柔質薄膜上的問題提出本方案。主要利用敏感單元和柔質襯底分別制作結合轉印的方式，將單晶或陶瓷材料支撐的敏感單元附著于柔性襯底上。優點在于，敏感單元僅有幾百納米的厚度，大大減小熱容，這使得探測響應速度非常快。解決了難以將高性能的單晶或陶瓷制備在柔性襯底上的問題。將單晶或陶瓷材料與柔性襯底相結合，一方面保留了優良的熱釋電性能，另一方面利用柔性襯底可以擴大探測器的視野范圍與靈活性，并有望應用在人體生物醫療等柔性傳感器領域。

技術領域

本發明涉及高精度探測技術，尤其涉及一種柔性熱釋電探測器及其制作方法。

背景技術

在諸多基于光熱效應的探測器中，熱釋電探測器響應速度快，靈敏度高，具有很好的發展前景。熱釋電探測器是基于材料的熱釋電特性而制成的，當探測器吸收電磁輻射進而導致其溫度變化時，材料內部的極化強度和極化方向隨之變化，從而釋放原本吸附在材料表面的電荷。在材料極化的垂直方向的表面制作電極形成類似電容的結構，就可以引出電信號。與其它基于光熱效應的探測器最大的不同之處在于熱釋電電流的大小與溫度變化的速度成正比，而不是溫度的絕對變化量。這一點在探測高速變化的紅外光或高速移動的物體時具有特別突出的優勢。

材料內部極化的變化非常迅速，可以達到10-¹²s，所以熱釋電材料具有很大的潛力制備高速探測器。但目前的熱釋電探測器響應速度和靈敏度還難以與光子型探測器相比。首先，要提高響應速度，就要盡量減小熱釋電材料的厚度，以減小其熱容來增加其對溫度變化的敏感性。但直接在帶有下電極的襯底上制備高性能的熱釋電薄膜具有很高的成本和技術難度。其次，要提高靈敏度，就要使敏感單元與襯底及環境之間的熱交換盡可能的低，即需要襯底具有較好的熱絕緣性，這樣相同的入射光帶來的敏感單元的溫度變化就會更加顯著。然而，更好的熱絕緣帶來更高靈敏度的同時會使器件的響應速度變慢，這就需要根據實際應用的需要調整襯底的熱絕緣性能。為了滿足不同的熱絕緣需求而在各種襯底上直接制備高質量的熱釋電薄膜更是非常困難的。

熱釋電材料主要有單晶、陶瓷和聚合物組成。聚合物材料可彎曲和可拉伸的性能可以適應多種表面，被廣泛應用于人體生物醫療領域。但和單晶或陶瓷相比熱釋電聚合物材料的熱釋電性能差的多，且熔點及居里溫度較低。目前基于陶瓷和單晶材料的熱釋電紅外探測器都是基于剛性襯底上制備的，由于工藝溫度等限制難以在柔性襯底上直接制備陶瓷或單晶熱釋電薄膜。

發明內容

本發明目的在于提供一種柔性熱釋電探測器及其制作方法，以解決上述現有技術存在的問題。

本發明所述柔性熱釋電探測器，包括層疊設置的下電極和柔性襯底；下電極上端面設有若干敏感單元，下電極上端面設有絕緣層；所述敏感單元上端面露出絕緣層，并設有上電極。

所述柔性襯底的材料是聚二甲基硅氧烷或聚酰亞胺或聚對苯二甲酸乙二醇酯。

所述敏感單元是單晶材料或陶瓷材料。

在上電極的上表面還鋪設有吸收層。

敏感單元下方還設有空腔凹槽，所述空腔凹槽貫通下電極并向柔性襯底延伸；空腔凹槽面積小于敏感單元。

所述空腔凹槽的深度為10μm，面積為200×200μm²；敏感單元的面積為300×300μm²。

一種柔性熱釋電探測器的制作方法，包括以下步驟：

S1、在第一硬質襯底上制作柔性襯底并剝離，在所述柔性襯底上制作下電極；

S2、在第二硬質襯底上制作犧牲層，在犧牲層上制作敏感薄膜；

S3、將敏感薄膜分割成若干個獨立的敏感單元，并在每一敏感單元上制作上電極；

S4、腐蝕去掉犧牲層；