非製冷長波紅外探測器用吸收層結構的製作方法

2023-06-15 05:36:41

非製冷長波紅外探測器用吸收層結構的製作方法
【專利摘要】本專利公開了一種非製冷長波紅外探測器用吸收層結構，該吸收層位於探測器的熱敏感薄膜上，自上而下依次由第一介質層、第二金屬層、第三絕緣層組成。其特徵在於：第一介質層是導熱性好、抗腐蝕性強的氮化矽薄膜，作為減反層和器件保護層，膜厚為1000nm–1200nm；第二金屬層是膜厚為8nm–12nm的鎳鉻合金層，作為紅外波段的吸收層；第三絕緣層是膜厚為50nm–100nm的二氧化矽薄膜，作為熱敏感薄膜與金屬層之間的絕緣層。該吸收層製備工藝簡單，易與現有的微電子工藝兼容，適用於單元、線列及面陣紅外探測器。本專利所提供的紅外吸收層具有附著牢固、抗腐蝕性強、重複性好、比熱容低、傳熱性能優異、在8–14微米紅外波段具有85%以上吸收率的優點。
【專利說明】非製冷長波紅外探測器用吸收層結構
【技術領域】
[0001]本專利涉及光學薄膜元件，具體涉及一種非製冷長波紅外探測器用吸收層結構。【背景技術】
[0002]非製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、可靠性和穩定性高、重複性好等優點，在軍事、民用和工業等領域有著廣泛的應用前景，例如可用於產品生產監測、紅外熱成像、防火報警、非接觸測溫、光譜分析、溫度傳感器、飛彈跟蹤和攔截、醫療診斷等諸多方面。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製備，而且成本低廉，性能也更穩定。
[0003]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，電阻溫度係數(TCR)為正值，但其值一般很小。而半導體材料的TCR —般要高一個數量級，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製冷、製作工藝與集成電路製造工藝兼容，便於大規模生產等優點，具有相當大的發展潛力，是目前發展速度最快、性能最好和最具有應用前景的一種非製冷紅外探測器。
[0004]非製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，對於紅外吸收層來說，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、重複性好、比熱容低、傳熱性能優異等優點，易於與現有的微電子加工工藝兼容，適用於單元、線列及面陣紅外探測器。

【發明內容】

[0005]本專利的目的是提出一種非製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紅外吸收層結構吸收波段短、和現有半導體工藝不兼容、難以用於線列和面陣探測器的問題。
[0006]本專利公開了一種非製冷長波紅外探測器用吸收層結構及其製備工藝，其結構如圖1所示，它由氮化矽薄膜1、鎳鉻合金層2和二氧化矽薄膜3組成，其特徵在於:紅外吸收層結構按輻射的入射順序依次為氮化矽薄膜1、鎳鉻合金層2、二氧化矽薄膜3，其中:
[0007]所述氮化娃薄膜I的膜厚為IOOOnm - 1200nm ；
[0008]所述鎳鉻合金層2的膜厚為8nm - 12nm,其方塊電阻為9.0 Ω / 口 - 10.0 Ω / □;
[0009]所述二氧化矽薄膜3的膜厚為50nm - lOOnm。
[0010]本專利設計的長波紅外吸收層結構可以通過以下工藝步驟實現:[0011]I)採用化學溶液法在非晶氧化鋁襯底上製備厚度為3.5 μ m錳鈷鎳氧薄膜。
[0012]2)在錳鈷鎳氧薄膜表面光刻圖形化，形成刻蝕掩膜。
[0013]3)採用氬離子/HBr溼法刻蝕工藝製作錳鈷鎳氧探測器光敏元，面積為
0.01mm2-0.25mm2。浮膠清洗。
[0014]4)在薄膜表面光刻圖形化，採用雙離子束濺射工藝澱積50nm的鉻和200nm的金作為探測器的電極。浮膠清洗。
[0015]5)在薄膜表面光刻圖形化，採用射頻磁控濺射工藝澱積二氧化矽薄膜，厚度為50nm -1OOnm0
[0016]6)採用雙離子束濺射工藝澱積鎳鉻合金層，厚度為8nm - 12nm。浮膠清洗。
[0017]7)在薄膜表面光刻圖形化，採用射頻磁控濺射工藝澱積氮化矽薄膜，厚度為1000nm - 1200nm。浮膠清洗。
[0018]本專利的優點在於:該紅外吸收層結構具有附著牢固、耐高溫、抗腐蝕性強、重複性好、比熱容低、傳熱性能優異，在8 - 14微米紅外波段具有85%以上吸收率等優點；同時該吸收層製備工藝簡單，易於與現有的微電子加工工藝兼容，利於工藝整合，適用於單元、線列及面陣紅外探測器。 【專利附圖】

【附圖說明】:
[0019]圖1為紅外吸收層結構圖，圖中1、氮化矽薄膜，2、鎳鉻合金層，3、二氧化矽薄膜，
4、紅外熱敏感薄膜。
【具體實施方式】:
[0020]以下結合附圖，通過具體實例對本專利做進一步詳細說明，但本專利的保護範圍並不限於以下實例。
[0021]實例一:
[0022]在基於Mnh56Coa96Nia48O4熱敏薄膜型紅外探測器中，採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。
[0023](一)Mn1.S6Coa96Nia48O4 熱敏薄膜的製備
[0024]I)採用化學溶液法在非晶氧化鋁襯底上製備Mr^56Coa96Nia48O4薄膜，厚度約為
3.5 μ m0
[0025](二)刻蝕形成電極結構
[0026]2)在Mr^56Coa96Nia48O4薄膜表面光刻圖形化，形成刻蝕掩膜。
[0027]3)採用氬離子/HBr溼法刻蝕工藝製作探測器光敏元，面積為0.09mm2。浮膠清洗。
[0028]4)在薄膜表面光刻圖形化，採用雙離子束濺射工藝澱積50nm的鉻和200nm的金作為探測器的電極。浮膠清洗。
[0029](三)澱積紅外吸收層結構
[0030]5)在薄膜表面光刻圖形化，採用射頻磁控濺射工藝澱積二氧化矽薄膜，厚度為50nmo
[0031]6)採用雙離子束濺射工藝澱積鎳鉻合金層，厚度為8nm。浮膠清洗。
[0032]7)在薄膜表面光刻圖形化，採用射頻磁控濺射工藝澱積氮化矽薄膜，厚度為1000nm。浮膠清洗。
[0033]實例二:
[0034]在基於Mnh56Coa96Nia48O4熱敏薄膜型紅外探測器中，採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。
[0035](一)Mn1.S6Coa96Nia48O4 熱敏薄膜的製備
[0036]I)採用化學溶液法在非晶氧化鋁襯底上製備Mr^56Coa96Nia48O4薄膜，厚度約為
3.5 μ m0
[0037](二)刻蝕形成電極結構
[0038]2)在Mr^56Coa96Nia48O4薄膜表面光刻圖形化，形成刻蝕掩膜。
[0039]3)採用氬離子/HBr溼法刻蝕工藝製作探測器光敏元，面積為0.09mm2。浮膠清洗。
[0040]4)在薄膜表面光刻圖形化，採用雙離子束濺射工藝澱積50nm的鉻和200nm的金作為探測器的電極。浮膠清洗。
[0041](三)澱積紅外吸收層結構
[0042]5)在薄膜表 面光刻圖形化，採用射頻磁控濺射工藝澱積二氧化矽薄膜，厚度為75nm。
[0043]6)採用雙離子束濺射工藝澱積鎳鉻合金層，厚度為10nm。浮膠清洗。
[0044]7)在薄膜表面光刻圖形化，採用射頻磁控濺射工藝澱積氮化矽薄膜，厚度為I lOOnm。浮膠清洗。
[0045]實例三:
[0046]在基於Mnh56Coa96Nia48O4熱敏薄膜型紅外探測器中，採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。
[0047](一)MnL56Co0.96Ni0.4804 熱敏薄膜的製備
[0048]I)採用化學溶液法在非晶氧化鋁襯底上製備Mr^56Coa96Nia48O4薄膜，厚度約為
3.5 μ m0
[0049](二)刻蝕形成電極結構
[0050]2)在Mr^56Coa96Nia48O4薄膜表面光刻圖形化，形成刻蝕掩膜。
[0051]3)採用氬離子/HBr溼法刻蝕工藝製作探測器光敏元，面積為0.09mm2。浮膠清洗。
[0052]4)在薄膜表面光刻圖形化，採用雙離子束濺射工藝澱積50nm的鉻和200nm的金作為探測器的電極。浮膠清洗。
[0053](三)澱積紅外吸收層結構
[0054]5)在薄膜表面光刻圖形化，採用射頻磁控濺射工藝澱積二氧化矽薄膜，厚度為IOOnm0
[0055]6)採用雙離子束濺射工藝澱積鎳鉻合金層，厚度為12nm。浮膠清洗。
[0056]7)在薄膜表面光刻圖形化，採用射頻磁控濺射工藝澱積氮化矽薄膜，厚度為1200nm。浮膠清洗。
【權利要求】
1.一種非製冷長波紅外探測器用吸收層結構，它由氮化矽薄膜(I)、鎳鉻合金層(2)和二氧化矽薄膜(3)組成，其特徵在於:所述的吸收層結構按輻射的入射順序依次為氮化矽薄膜(I)、鎳鉻合金層(2)和二氧化矽薄膜(3);其中: 所述氮化娃薄膜(I)的膜厚為IOOOnm- 1200nm ； 所述鎳鉻合金層(2)的膜厚為8nm- 12nm，其方塊電阻為9.0 Ω / 口 - 10.0Ω / □； 所述二氧化娃薄膜(3)的膜厚為50nm- lOOnm。
【文檔編號】G01J5/02GK203772418SQ201420028407
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年1月17日 優先權日:2014年1月17日
【發明者】歐陽程, 黃志明, 周煒, 吳敬, 高豔卿, 龍芳, 褚君浩 申請人:中國科學院上海技術物理研究所