一種非制冷長波紅外探測器用吸收層結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非制冷長波紅外探測器用吸收層結(jié)構(gòu)，該吸收層位于探測器的熱敏感薄膜上，自上而下依次由第一介質(zhì)層、第二金屬層、第三絕緣層組成。其特征在于：第一介質(zhì)層是導(dǎo)熱性好、抗腐蝕性強的氮化硅薄膜，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的二氧化硅薄膜，作為熱敏感薄膜與金屬層之間的絕緣層。該吸收層制備工藝簡單，易與現(xiàn)有的微電子工藝兼容，適用于單元、線列及面陣紅外探測器。本發(fā)明所提供的紅外吸收層具有附著牢固、抗腐蝕性強、重復(fù)性好、比熱容低、傳熱性能優(yōu)異、在8–14微米紅外波段具有85%以上吸收率的優(yōu)點。
【專利說明】一種非制冷長波紅外探測器用吸收層結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)薄膜元件，具體涉及一種非制冷長波紅外探測器用吸收層結(jié)構(gòu)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]非制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(yīng)速度快、可靠性和穩(wěn)定性高、重復(fù)性好等優(yōu)點，在軍事、民用和工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，例如可用于產(chǎn)品生產(chǎn)監(jiān)測、紅外熱成像、防火報警、非接觸測溫、光譜分析、溫度傳感器、導(dǎo)彈跟蹤和攔截、醫(yī)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(yīng)，通過熱與其他物理量(例如電阻值、自發(fā)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(yīng)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制備，而且成本低廉，性能也更穩(wěn)定。
[0003]常用的熱敏電阻型材料主要有金屬和半導(dǎo)體薄膜。當(dāng)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，電阻溫度系數(shù)(TCR)為正值，但其值一般很小。而半導(dǎo)體材料的TCR —般要高一個數(shù)量級，是目前最常用的熱敏感材料。當(dāng)溫度升高時，半導(dǎo)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(fù)的TCR。熱敏電阻薄膜型紅外探測器具有非制冷、制作工藝與集成電路制造工藝兼容，便于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點，具有相當(dāng)大的發(fā)展?jié)摿?，是目前發(fā)展速度最快、性能最好和最具有應(yīng)用前景的一種非制冷紅外探測器。
[0004]非制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(yīng)率和探測率，還決定了器件的光譜響應(yīng)特性。為了提高非致冷紅外探測器的性能，對于紅外吸收層來說，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、重復(fù)性好、比熱容低、傳熱性能優(yōu)異等優(yōu)點，易于與現(xiàn)有的微電子加工工藝兼容，適用于單元、線列及面陣紅外探測器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提出一種非制冷長波紅外探測器用吸收層結(jié)構(gòu)。本專利的設(shè)計有效解決了傳統(tǒng)紅外吸收層結(jié)構(gòu)吸收波段短、和現(xiàn)有半導(dǎo)體工藝不兼容、難以用于線列和面陣探測器的問題。
[0006]本發(fā)明公開了一種非制冷長波紅外探測器用吸收層結(jié)構(gòu)及其制備工藝，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，它由氮化硅薄膜1、鎳鉻合金層2和二氧化硅薄膜3組成，其特征在于:紅外吸收層結(jié)構(gòu)按輻射的入射順序依次為氮化硅薄膜1、鎳鉻合金層2、二氧化硅薄膜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]所述二氧化硅薄膜3的膜厚為50nm - lOOnm。
[0010]本發(fā)明設(shè)計的長波紅外吸收層結(jié)構(gòu)可以通過以下工藝步驟實現(xiàn):[0011]I)采用化學(xué)溶液法在非晶氧化鋁襯底上制備厚度為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)采用氬離子/HBr濕法刻蝕工藝制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，采用雙離子束濺射工藝淀積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，采用射頻磁控濺射工藝淀積二氧化硅薄膜，厚度為50nm -1OOnm0
[0016]6)采用雙離子束濺射工藝淀積鎳鉻合金層，厚度為8nm - 12nm。浮膠清洗。
[0017]7)在薄膜表面光刻圖形化，采用射頻磁控濺射工藝淀積氮化硅薄膜，厚度為1000nm - 1200nm。浮膠清洗。
[0018]本專利的優(yōu)點在于:該紅外吸收層結(jié)構(gòu)具有附著牢固、耐高溫、抗腐蝕性強、重復(fù)性好、比熱容低、傳熱性能優(yōu)異，在8 - 14微米紅外波段具有85%以上吸收率等優(yōu)點；同時該吸收層制備工藝簡單，易于與現(xiàn)有的微電子加工工藝兼容，利于工藝整合，適用于單元、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(jié)構(gòu)圖，圖中1、氮化硅薄膜，2、鎳鉻合金層，3、二氧化硅薄膜，
4、紅外熱敏感薄膜。·
【具體實施方式】:
[0020]以下結(jié)合附圖，通過具體實例對本專利做進一步詳細(xì)說明，但本專利的保護范圍并不限于以下實例。
[0021]實例一:
[0022]在基于Mnh56Coa96Nia48O4熱敏薄膜型紅外探測器中，采用了本專利所提供的長波紅外吸收層結(jié)構(gòu)。具體通過以下步驟實現(xiàn)。
[0023](一)Mn1.S6Coa96Nia48O4 熱敏薄膜的制備
[0024]I)采用化學(xué)溶液法在非晶氧化鋁襯底上制備Mr^56Coa96Nia48O4薄膜，厚度約為
3.5 μ m0
[0025](二)刻蝕形成電極結(jié)構(gòu)
[0026]2)在Mr^56Coa96Nia48O4薄膜表面光刻圖形化，形成刻蝕掩膜。
[0027]3)采用氬離子/HBr濕法刻蝕工藝制作探測器光敏元，面積為0.09mm2。浮膠清洗。
[0028]4)在薄膜表面光刻圖形化，采用雙離子束濺射工藝淀積50nm的鉻和200nm的金作為探測器的電極。浮膠清洗。
[0029](三)淀積紅外吸收層結(jié)構(gòu)
[0030]5)在薄膜表面光刻圖形化，采用射頻磁控濺射工藝淀積二氧化硅薄膜，厚度為50nmo
[0031]6)采用雙離子束濺射工藝淀積鎳鉻合金層，厚度為8nm。浮膠清洗。
[0032]7)在薄膜表面光刻圖形化，采用射頻磁控濺射工藝淀積氮化硅薄膜，厚度為1000nm。浮膠清洗。
[0033]實例二:
[0034]在基于Mnh56Coa96Nia48O4熱敏薄膜型紅外探測器中，采用了本專利所提供的長波紅外吸收層結(jié)構(gòu)。具體通過以下步驟實現(xiàn)。
[0035](一)Mn1.S6Coa96Nia48O4 熱敏薄膜的制備
[0036]I)采用化學(xué)溶液法在非晶氧化鋁襯底上制備Mr^56Coa96Nia48O4薄膜，厚度約為
3.5 μ m0
[0037](二)刻蝕形成電極結(jié)構(gòu)
[0038]2)在Mr^56Coa96Nia48O4薄膜表面光刻圖形化，形成刻蝕掩膜。
[0039]3)采用氬離子/HBr濕法刻蝕工藝制作探測器光敏元，面積為0.09mm2。浮膠清洗。
[0040]4)在薄膜表面光刻圖形化，采用雙離子束濺射工藝淀積50nm的鉻和200nm的金作為探測器的電極。浮膠清洗。
[0041](三)淀積紅外吸收層結(jié)構(gòu)
[0042]5)在薄膜表面光刻圖形化，采用射頻磁控濺射工藝淀積二氧化硅薄膜，厚度為75nm。
[0043]6)采用雙離子束濺射工藝淀積鎳鉻合金層，厚度為10nm。浮膠清洗。
[0044]7)在薄膜表面光刻圖形化，采用射頻磁控濺射工藝淀積氮化硅薄膜，厚度為I lOOnm。浮膠清洗。
[0045]實例三:
[0046]在基于Mnh56Coa96Nia48O4熱敏薄膜型紅外探測器中，采用了本專利所提供的長波紅外吸收層結(jié)構(gòu)。具體通過以下步驟實現(xiàn)。
[0047](一)MnL56Co0.96Ni0.4804 熱敏薄膜的制備
[0048]I)采用化學(xué)溶液法在非晶氧化鋁襯底上制備Mr^56Coa96Nia48O4薄膜，厚度約為
3.5 μ m0
[0049](二)刻蝕形成電極結(jié)構(gòu)
[0050]2)在Mr^56Coa96Nia48O4薄膜表面光刻圖形化，形成刻蝕掩膜。
[0051]3)采用氬離子/HBr濕法刻蝕工藝制作探測器光敏元，面積為0.09mm2。浮膠清洗。
[0052]4)在薄膜表面光刻圖形化，采用雙離子束濺射工藝淀積50nm的鉻和200nm的金作為探測器的電極。浮膠清洗。
[0053](三)淀積紅外吸收層結(jié)構(gòu)
[0054]5)在薄膜表面光刻圖形化，采用射頻磁控濺射工藝淀積二氧化硅薄膜，厚度為IOOnm0
[0055]6)采用雙離子束濺射工藝淀積鎳鉻合金層，厚度為12nm。浮膠清洗。
[0056]7)在薄膜表面光刻圖形化，采用射頻磁控濺射工藝淀積氮化硅薄膜，厚度為1200nm。浮膠清洗。
【權(quán)利要求】
1.一種非制冷長波紅外探測器用吸收層結(jié)構(gòu)，它由氮化硅薄膜(I)、鎳鉻合金層(2)和二氧化硅薄膜(3)組成，其特征在于:所述的吸收層結(jié)構(gòu)按輻射的入射順序依次為氮化硅薄膜(I)、鎳鉻合金層(2)和二氧化硅薄膜(3);其中: 所述氮化娃薄膜(I)的膜厚為1000nm-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】G01J5/08GK103852171SQ201410020977
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】歐陽程, 黃志明, 周煒, 吳敬, 高艷卿, 龍芳, 褚君浩 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所