本發(fā)明涉及一種非制冷紅外探測(cè)器及一種非制冷紅外探測(cè)器的制備方法，尤其涉及一種可提高紅外吸收率的非制冷紅外探測(cè)器。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的非制冷紅外探測(cè)器的紅外吸收能力普遍都不夠強(qiáng)，從而影響紅外探測(cè)器的探測(cè)能力及應(yīng)用范圍，尤其是在一些要求觀測(cè)溫度細(xì)微變化的場(chǎng)合，比如精確測(cè)溫使用等，低分辨的探測(cè)器無(wú)法區(qū)分微小的溫度差異，導(dǎo)致使用受到限制，鑒于此原因，高分辨率探測(cè)器由于有較高的響應(yīng)率和較低的NETD可以滿足這樣的應(yīng)用，所以其研究也變得迫在眉睫。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例涉及一種非制冷紅外探測(cè)器及一種非制冷紅外探測(cè)器的制備方法，至少可解決現(xiàn)有技術(shù)的部分缺陷。

本發(fā)明實(shí)施例涉及一種非制冷紅外探測(cè)器，包括橋面、橋腿、錨柱及襯底，還包括至少一層輔助紅外吸收層，各所述輔助紅外吸收層在所述橋面的上表面上層疊布置。

作為實(shí)施例之一，各所述輔助紅外吸收層均包括鈦層和氮化鈦層的至少一種。

作為實(shí)施例之一，各所述輔助紅外吸收層還包括二氧化硅層、氮氧化硅層、氮化硅層、碳化硅層中的至少一種；各材料層依次層疊構(gòu)成一多層結(jié)構(gòu)式的輔助紅外吸收層。

作為實(shí)施例之一，所述輔助紅外吸收層為兩層，其中一層由厚度在的鈦層構(gòu)成，另一層由厚度在的氮化硅層構(gòu)成。

作為實(shí)施例之一，各所述輔助紅外吸收層的材料均為非化學(xué)計(jì)量比的組合材料，組合材料中包括鈦與氮化鈦的至少一種，還包括二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、碳化硅中的至少一種。

作為實(shí)施例之一，所述橋腿的一端與所述橋面連接，另一端通過(guò)所述錨柱支承在所述襯底上；所述襯底為讀出集成電路襯底，所述襯底上表面上設(shè)置有紅外輻射反射層。

作為實(shí)施例之一，所述橋面包括由下至上依次設(shè)置的熱敏感層和橋面紅外吸收層；或包括由下至上依次設(shè)置的下層橋面紅外吸收層、熱敏感層和上層橋面紅外吸收層；或包括由下至上依次設(shè)置的下層橋面紅外吸收層、下層隔離層、熱敏感層、上層隔離層及上層橋面紅外吸收層。

作為實(shí)施例之一，各所述橋面紅外吸收層的材料均為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。

作為實(shí)施例之一，所述熱敏感層的材料為氫化非晶硅、非晶鍺硅或氧化釩。

作為實(shí)施例之一，所述紅外輻射反射層為高紅外反射率金屬反射層，金屬選自鋁、鈦或鉭。

本發(fā)明實(shí)施例涉及一種非制冷紅外探測(cè)器的制備方法，包括如下步驟：

S1：在讀出電路上沉積金屬導(dǎo)電層和紅外輻射反射層并圖形化；

S2：沉積犧牲層，并圖形化形成支撐孔和電學(xué)導(dǎo)通孔；

S3：沉積底層支撐材料、紅外吸收材料和紅外敏感材料，并圖形化形成紅外敏感吸收層和電極接口；

S4：沉積金屬電極材料并圖形化形成紅外敏感材料與讀出電路的電學(xué)連接；

S5：沉積頂層支撐材料和紅外吸收材料并圖形化；

S6：沉積輔助紅外吸收層材料并圖形化，形成有至少一層輔助紅外吸收層；其中，各所述輔助紅外吸收層均為鈦層或氮化鈦層；

或均包括鈦層和/或氮化鈦層，以及二氧化硅層、氮氧化硅層、氮化硅層、碳化硅層中的至少一種，各材料層依次層疊構(gòu)成一多層結(jié)構(gòu)式的輔助紅外吸收層；

或均采用非化學(xué)計(jì)量比的組合材料，組合材料中包括鈦和/或氮化鈦，還包括二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、碳化硅中的至少一種。

本發(fā)明實(shí)施例至少具有如下有益效果：通過(guò)在橋面頂部額外增加輔助紅外吸收層，其與橋面的紅外吸收層配合，可有效提高探測(cè)器的紅外熱輻射吸收能力，從而提高探測(cè)器的溫度響應(yīng)率并降低NETD。通過(guò)采用鈦或氮化鈦，或鈦層、氮化鈦層與非金屬材料層構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)式的紅外吸收層，或鈦、氮化鈦與非金屬材料組合構(gòu)成的組合材料，可有效提高紅外吸收率。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的非制冷紅外探測(cè)器的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的非制冷紅外探測(cè)器的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明 中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例一

如圖1和圖2，本發(fā)明實(shí)施例涉及一種非制冷紅外探測(cè)器，尤其涉及一種非制冷紅外焦平面陣列探測(cè)器，包括橋面50、橋腿10、錨柱20及襯底40，現(xiàn)有技術(shù)中的非制冷紅外探測(cè)器均適用于本實(shí)施例。該探測(cè)器進(jìn)一步包括至少一層輔助紅外吸收層60，各所述輔助紅外吸收層60在所述橋面50的上表面上層疊布置。通過(guò)在橋面50頂部額外增加輔助紅外吸收層60，其與橋面50的紅外吸收層配合，可有效提高探測(cè)器的紅外熱輻射吸收能力，從而提高探測(cè)器的溫度響應(yīng)率并降低NETD。

其中，每層輔助紅外吸收層60的結(jié)構(gòu)可以為：

(1)材料為金屬鈦，構(gòu)成一鈦層式的紅外吸收層；

(2)材料為氮化鈦，構(gòu)成一氮化鈦層式的紅外吸收層；

(3)包括一鈦層和一氮化鈦層，鈦層與氮化鈦層層疊在一起，構(gòu)成一雙層材料結(jié)構(gòu)的紅外吸收層；其中鈦層與氮化鈦層的上下位置不限，但優(yōu)選為設(shè)置氮化鈦層疊覆于鈦層之上；

(4)包括鈦層和/或氮化鈦層，還包括二氧化硅層、氮氧化硅層、氮化硅層、碳化硅層中的至少一種，各材料層依次層疊構(gòu)成一多層結(jié)構(gòu)式的輔助紅外吸收層60；各材料層之間的層序關(guān)系可多種組合，在便于制備的情況下達(dá)到最佳的紅外吸收率為宜；

(5)材料為非化學(xué)計(jì)量比的組合材料，組合材料中包括鈦與氮化鈦的至少一種，還包括二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、碳化硅中的至少一種。

上述幾種輔助紅外吸收層60的結(jié)構(gòu)均可有效提高探測(cè)器的紅外吸收率，其中，以第(5)種方式的紅外吸收率提升效果更為顯著，其最高可提高30％的紅外吸收率；采用金屬材料與非金屬材料組合的方式制備紅外吸收層，還可以有效緩解應(yīng)力，提高紅外吸收膜層的穩(wěn)定性。當(dāng)然，也可采用材料為二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅或碳化硅等構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)式輔助紅外吸收層60，但這種結(jié)構(gòu)的紅外吸收率提升作用不大，最高可提高10％的紅外吸收率。

本實(shí)施例中，如圖2，作為優(yōu)選的結(jié)構(gòu)之一，采用在橋面50的上表面上設(shè)置兩層輔助紅外吸收層60的結(jié)構(gòu)，其中一層為鈦層式的輔助紅外吸收層60，另一層為氮化硅層式的輔助紅外吸收層60，其中，鈦層式的輔助紅外吸收層60的厚度在氮化硅層式的輔助紅外吸收層60的厚度在上述結(jié)構(gòu)可提升探測(cè)器約30％的紅外吸收率。當(dāng)然，也可采取一層或兩層上述第(5)種結(jié)構(gòu)的輔助紅外吸收層60，對(duì)探測(cè)器的紅外吸收率提升效果更佳。

橋面50包括有至少一層橋面紅外吸收層，且其中一層位于橋面50的頂端；上述橋面紅 外吸收層材料一般采用氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。通過(guò)各橋面紅外吸收層與上述輔助紅外吸收層60配合工作，可獲得較好的紅外吸收能力，有效提高探測(cè)器的紅外熱輻射吸收能力。上述輔助紅外吸收層60的設(shè)置在增加探測(cè)器紅外吸收能力的同時(shí)，不影響橋面50的紅外吸收層結(jié)構(gòu)及加工工藝；該輔助紅外吸收層60可幫助各橋面紅外吸收層再次提高紅外吸收效果，從而增強(qiáng)各橋面紅外吸收層的紅外熱輻射吸收能力。

如圖1，為一非制冷紅外焦平面陣列探測(cè)器的具體實(shí)施例，包括橋面50、橋腿10、錨柱20及襯底40，所述橋腿10的一端與所述橋面50連接，另一端通過(guò)所述錨柱20支承在所述襯底40上；所述襯底40為讀出集成電路襯底40，所述襯底40上表面上設(shè)置有紅外輻射反射層41；橋面50懸空在襯底40的紅外輻射反射層41正上方并與襯底40之間形成真空間隙層30。其中，上述真空間隙層30高度為2.2～2.5μm，構(gòu)成一針對(duì)紅外波長(zhǎng)λ＝8～14μm長(zhǎng)波段的光學(xué)真空諧振腔，具有對(duì)λ/4波段選擇吸收的能力。在該橋面50上層疊布置有至少一層上述的輔助紅外吸收層60；如圖2，采用兩層輔助紅外吸收層60的結(jié)構(gòu)，其中一層為鈦層式的輔助紅外吸收層60，另一層為氮化硅層式的輔助紅外吸收層60，其中，鈦層式的輔助紅外吸收層60的厚度在氮化硅層式的輔助紅外吸收層60的厚度在

上述橋面50的結(jié)構(gòu)為：包括由下至上依次設(shè)置的熱敏感層52和橋面紅外吸收層；或包括由下至少依次設(shè)置的下層橋面紅外吸收層51、熱敏感層52和上層橋面紅外吸收層53；或包括由下至上依次設(shè)置的下層橋面紅外吸收層51、下層隔離層、熱敏感層52、上層隔離層及上層橋面紅外吸收層53。其中，各橋面紅外吸收層的材料均為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅；本實(shí)施例中，選用氮化硅，是較為理想的一種紅外吸收材料。如圖2，本實(shí)施例中，采用包括由下至少依次設(shè)置的下層橋面紅外吸收層51、熱敏感層52和上層橋面紅外吸收層53的橋面50結(jié)構(gòu)，其中，上層橋面紅外吸收層53的厚度在下層橋面紅外吸收層51的厚度在可根據(jù)探測(cè)器的性能要求進(jìn)行厚度的變化選擇；一般要求兩橋面紅外吸收層的總體厚度達(dá)到以上，可使探測(cè)器在8～14μm的紅外長(zhǎng)波段的吸收率達(dá)到85％以上。上述橋面紅外吸收層通常采用氮化硅以離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝制備。

另外，上述熱敏感層52材料為氧化釩(VOx)，其厚度在范圍內(nèi)均是可行的；其TCR一般在-2％～-3％℃之間。熱敏感層52的電阻值在50～200KOhm范圍內(nèi)均是可行的。上述熱敏感層52的材料也可以為氫化非晶硅或非晶鍺硅等。上述熱敏感層52采用氧化釩(VOx)以反應(yīng)物理氣相沉積(Reactive PVD)工藝制備。

橋腿10上的支撐層材料均為氮化硅，其厚度一般在之間，根據(jù)探測(cè)器的性能要求這些厚度是可變的。本實(shí)施例中，上述支撐層材料不限于氮化硅，也可以是氧化硅、氮氧化硅等。上述支撐層采用氮化硅以等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝制備。

橋腿10上的金屬導(dǎo)電層11材料為鈦，其一般在厚度范圍內(nèi)均是可行的，并根據(jù)探測(cè)器的性能要求，其厚度可調(diào)。本實(shí)施例中，該金屬導(dǎo)電層11材料不限于鈦，也可以是鎳鉻合金或氮化鈦。本實(shí)施案例的鈦通常由濺射工藝制備。

襯底40表面上的紅外輻射反射層41的材料為鋁、鈦或者鉭等金屬，但也不限于上述述的幾種金屬，大部分金屬都是良好的紅外反射體；該紅外輻射反射層41的厚度在范圍內(nèi)均是可行的。

另外，熱敏感層52的邊緣區(qū)域覆蓋有金屬層，材料選用鈦，該金屬層與導(dǎo)電錨柱20及橋腿10上的金屬導(dǎo)電層11是連通的，這樣該熱敏感層52就通過(guò)錨柱20及橋腿10的金屬導(dǎo)電層11與襯底40上的讀出電路構(gòu)成了電路回路，當(dāng)橋面50吸收紅外輻射能量，熱敏感層52的電阻發(fā)生變化時(shí)，襯底40的讀出電路能將該電阻變化轉(zhuǎn)化為電壓變化。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，為增強(qiáng)錨柱20的支撐性和導(dǎo)電性，可在該錨柱20的表面額外覆蓋一層厚度較厚的金屬膜。

實(shí)施例二

本實(shí)施例提供一種非制冷紅外探測(cè)器，在讀出電路襯底上依次沉積有金屬導(dǎo)電層、紅外輻射反射層、犧牲層、敏感材料支撐層、橋面紅外吸收層、敏感材料層、金屬電極層和至少一層輔助紅外吸收層，形成圖1所示的紅外探測(cè)器。上述輔助紅外吸收層60的結(jié)構(gòu)與上述實(shí)施例一中的輔助紅外吸收層60的結(jié)構(gòu)相同，此處不再贅述。

本發(fā)明實(shí)施例涉及上述非制冷紅外探測(cè)器的制備方法，包括如下步驟：

S1：在讀出電路上沉積金屬導(dǎo)電層和紅外輻射反射層并圖形化；

S2：沉積犧牲層，并圖形化形成支撐孔和電學(xué)導(dǎo)通孔；

S3：沉積底層支撐材料、紅外吸收材料和紅外敏感材料，并圖形化形成紅外敏感吸收層和電極接口；

S4：沉積金屬電極材料并圖形化形成紅外敏感材料與讀出電路的電學(xué)連接；

S5：沉積頂層支撐材料和紅外吸收材料并圖形化；

S6：沉積輔助紅外吸收層60材料并圖形化，形成有至少一層輔助紅外吸收層60；其中，各所述輔助紅外吸收層60均為鈦層或氮化鈦層；

或均包括鈦層和/或氮化鈦層，以及二氧化硅層、氮氧化硅層、氮化硅層、碳化硅層中的至少一種，各材料層依次層疊構(gòu)成一多層結(jié)構(gòu)式的輔助紅外吸收層60；

或均采用非化學(xué)計(jì)量比的組合材料，組合材料中包括鈦和/或氮化鈦，還包括二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、碳化硅中的至少一種。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原 則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。