非制冷長波紅外探測器用吸收層結構的制作方法
【專利摘要】本專利公開了一種非制冷長波紅外探測器用吸收層結構，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層、第二金屬層、第三絕緣層組成。其特征在于：第一介質層是導熱性好、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。本專利所提供的紅外吸收層具有附著牢固、抗腐蝕性強、重復性好、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】非制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，具體涉及一種非制冷長波紅外探測器用吸收層結構?！颈尘凹夹g】
[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、響應速度快、可靠性和穩(wěn)定性高、重復性好等優(yōu)點，在軍事、民用和工業(yè)等領域有著廣泛的應用前景，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，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，電阻溫度系數(shù)(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(shù)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)明內容】

[0005]本專利的目的是提出一種非制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(tǒng)紅外吸收層結構吸收波段短、和現(xiàn)有半導體工藝不兼容、難以用于線列和面陣探測器的問題。
[0006]本專利公開了一種非制冷長波紅外探測器用吸收層結構及其制備工藝，其結構如圖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:紅外吸收層結構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(xiàn):[0011]I)采用化學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:該紅外吸收層結構具有附著牢固、耐高溫、抗腐蝕性強、重復性好、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為紅外吸收層結構圖，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構。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)刻蝕形成電極結構
[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)淀積紅外吸收層結構
[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構。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)刻蝕形成電極結構
[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)淀積紅外吸收層結構
[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構。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)刻蝕形成電極結構
[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)淀積紅外吸收層結構
[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。
【權利要求】
1.一種非制冷長波紅外探測器用吸收層結構，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:所述的吸收層結構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(yōu)先權日: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:中國科學院上海技術物理研究所