本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)中的微機(jī)電系統(tǒng)工藝制造領(lǐng)域，具體涉及一種曲面焦平面探測器及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著人們對各個波段電磁波的研究，21世紀(jì)以來，太赫茲成像技術(shù)漸漸進(jìn)入了人們的視線。太赫茲的頻率很高、波長很短，具有很高的時域頻譜信噪比，且在濃煙、沙塵環(huán)境中傳輸損耗很少，可以穿透墻體對房屋內(nèi)部進(jìn)行掃描。與耗資較高、作用距離較短、無法識別具體爆炸物的x射線掃描儀相比，太赫茲成像具有獨(dú)特優(yōu)勢，目前已經(jīng)初步應(yīng)用于檢查郵件、識別炸藥及無損探傷等安全領(lǐng)域。

高分辨率的圖像成為必然的需求，現(xiàn)有方案均是平面焦平面陣列成像，在進(jìn)入大規(guī)模高清(2k，4k)成像時，研究人員通過透鏡和其它光學(xué)組件等復(fù)雜的系統(tǒng)來調(diào)整光路，使得光線聚焦在探測器焦平面(fpa)，以得到更好的成像效果，應(yīng)用比較復(fù)雜。

使用平面焦平面探測器時，傳統(tǒng)的小視場低分辨率的紅外或太赫茲成像時，透鏡聚焦所成的像均在主光軸附近，而且焦深足以覆蓋探測器焦平面范圍，形成清晰的像；但是，在進(jìn)行大視場高分辨率成像的時候，視場邊緣要成像，那隨之而來的斜入射的光線也越來越多，這些光線的聚焦點(diǎn)會偏離焦平面，而且越往視場邊緣，斜入射角度越大，成像的焦點(diǎn)會離主光軸越遠(yuǎn)，并逐漸離平面焦平面越來越遠(yuǎn)。當(dāng)焦點(diǎn)距離平面超過焦深時，就會發(fā)生越往圖像邊緣越失真的現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種不需要通過透鏡和其它光學(xué)組件等復(fù)雜的系統(tǒng)就能實(shí)現(xiàn)高清成像的曲面焦平面探測器。

本發(fā)明中一種曲面焦平面探測器的技術(shù)方案如下：一種曲面焦平面探測器，包括一帶有讀出電路的半導(dǎo)體基座和與所述半導(dǎo)體基座電連接的探測器本體，所述焦平面探測器為曲面，其曲率半徑不小于3mm，其厚度不超過50μm，所述讀出電路和所述探測器本體的總厚度不超過10μm；

所述探測器本體包括絕緣介質(zhì)層、金屬反射層、第一支撐層、金屬電極層，所述半導(dǎo)體基座上設(shè)有金屬反射層和絕緣介質(zhì)層，所述金屬反射層包括若干個金屬塊；

所述金屬塊上設(shè)有第一支撐層，所述第一支撐層上設(shè)有第一通孔，所述第一通孔終止于所述金屬塊，所述第一支撐層上和第一通孔內(nèi)設(shè)有金屬電極層，所述金屬電極層包括設(shè)置在所述第一支撐層上的金屬電極和設(shè)置在所述第一通孔內(nèi)的金屬連線；

所述金屬電極層上設(shè)有第一保護(hù)層，所述第一保護(hù)層上設(shè)有第二支撐層，所述第二支撐層上設(shè)有第二通孔，所述第二通孔終止于所述金屬電極，所述第二支撐層上和第二通孔內(nèi)設(shè)有電極金屬層；

所述電極金屬層上設(shè)有熱敏層，所述熱敏層不能完全覆蓋電極金屬層，所述熱敏層通過所述電極金屬層與所述金屬電極層電連接；所述熱敏層上和電極金屬層上設(shè)有第二保護(hù)層。

本發(fā)明中曲面焦平面探測器的有益效果：可以始終保持光線焦點(diǎn)在焦平面探測器上，從而保證最大程度的成像效果；適合應(yīng)用于大視場或超大視場，超大面陣列高分辨率成像。

進(jìn)一步，所述第一支撐層和第二支撐層為氮化硅，所述第一保護(hù)層和第二保護(hù)層為氮化硅，其厚度為所述金屬電極為v、ti,nicr,tin薄膜。

本發(fā)明還涉及上述曲面焦平面探測器的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：在包含讀出電路半導(dǎo)體基座上制作金屬反射層，并對金屬反射層進(jìn)行圖形化處理，圖形化后的金屬反射層形成若干個金屬塊；所述金屬塊與半導(dǎo)體基座上的讀出電路電連接；然后，在完成圖形化金屬反射層上沉積絕緣介質(zhì)層，并對絕緣介質(zhì)層進(jìn)行圖形化處理，并露出金屬塊；

步驟2：在所述的絕緣介質(zhì)層上沉積第一犧牲層，并對第一犧牲層進(jìn)行圖形化處理，在圖形化處理后的第一犧牲層上沉積第一支撐層；

步驟3：采用光刻和蝕刻的方法，蝕刻掉部分第一支撐層，第一支撐層蝕刻終止于所述金屬塊，形成第一通孔，在所述第一通孔內(nèi)和所述第一支撐層上沉積金屬電極層，并對金屬電極層進(jìn)行圖形化處理，形成金屬電極和金屬連線；

步驟4：在圖形化后的金屬電極層上沉積第一保護(hù)層；

步驟5：采用光刻和蝕刻的方法，蝕刻掉部分所述第一保護(hù)層和第一支撐層，蝕刻終止于所述第一犧牲層，露出部分第一犧牲層；

步驟6：在蝕刻后的第一保護(hù)層和露出的第一犧牲層上沉積第二犧牲層，并對第二犧牲層進(jìn)行圖形化處理，在圖形化處理后的第二犧牲層上沉積第二支撐層；

步驟7：采用光刻和蝕刻的方法，蝕刻掉部分第二支撐層和第一保護(hù)層，形成第二通孔，所述第二通孔蝕刻終止于所述金屬電極，然后，在所述第二支撐層和第二通孔內(nèi)沉積電極金屬層，并對電極金屬層進(jìn)行圖形化處理，蝕刻掉部分電極金屬，露出部分第二支撐層；

步驟8:在圖形化后的電極金屬層和露出的第二支撐層上沉積熱敏層；

步驟9：在熱敏層上沉積第二保護(hù)層，并對第二保護(hù)層進(jìn)行圖形化處理；

步驟10：減薄處理，利用減薄設(shè)備，將半導(dǎo)體底座的厚度減薄至50μm以內(nèi)，減薄后在背面貼膜；

步驟11：先進(jìn)行結(jié)構(gòu)釋放，去掉犧牲層形成微橋結(jié)構(gòu)；再對探測器彎曲定型：將帶有背面貼膜的所述焦平面探測器用受力均勻的圓環(huán)或圓筒固定，在背面抽真空或正面加高壓，使探測器焦平面隨膜變形成曲面，根據(jù)施加的壓力控制曲面曲率半徑，使其曲率半徑不小于3mm，然后，采用物理或化學(xué)的方法，使曲面保持固定曲率，使其不再回復(fù)平面狀態(tài)。

本發(fā)明中一種曲面焦平面探測器的制備方法的有益效果是：

(1)先完成電極金屬層的圖形化處理，在電極金屬層上制作與熱敏薄膜的接觸孔，可以向像元邊緣拓展接觸孔的尺寸，增加了像元的填充系數(shù)，降低工藝難度且降低熱敏薄膜和電極之間的接觸電阻，為更小像元尺寸的研發(fā)和生產(chǎn)打下基礎(chǔ)；

(2)探測器的厚度減薄至50μm以內(nèi)，再對平面焦平面探測器進(jìn)行彎曲定型處理，形成曲面焦平面探測器可以始終保持光線焦點(diǎn)在探測器上，從而保證最大程度的成像效果，適合應(yīng)用于大視場或超大視場，超大面陣列高分辨率成像。

進(jìn)一步，步驟11中先對所述焦平面探測器進(jìn)行彎曲定型：將帶有背面貼膜的探測器用受力均勻的圓環(huán)或圓筒固定，在正面用一柔性圓頭頂桿去擠壓探測器表面，頂桿圓頭半徑可以從3mm到∞，使探測器形成曲面，然后，使用機(jī)械或化學(xué)的方法使曲面保持固定曲率，使其不再回復(fù)平面狀態(tài)；然后，進(jìn)行結(jié)構(gòu)釋放，去掉犧牲層形成微橋結(jié)構(gòu)。

采用上述進(jìn)一步技術(shù)方案的有益效果是：先不對探測器進(jìn)行結(jié)構(gòu)釋放，此時可以使用柔性圓頭頂桿去擠壓探測器，待探測器彎曲定型后，再進(jìn)行結(jié)構(gòu)釋放，工藝更加簡單。

進(jìn)一步，使用烘烤的方法使所述探測器保持固定曲率，使其不再回復(fù)平面狀態(tài)。

進(jìn)一步，使用弱堿或弱酸性溶液浸泡所述探測器，使其保持固定曲率，不再回復(fù)到平面狀態(tài)。

進(jìn)一步，所述的絕緣介質(zhì)層為氮化硅薄膜或者氧化硅薄膜，厚度為

進(jìn)一步，所述第一犧牲層和第二犧牲層均為聚酰亞胺或者非晶碳，其厚度均為1.0～2.5μm。

進(jìn)一步，金屬反射層的厚度為金屬反射層對波長為8～14μm的紅外光的反射率在99％以上。

進(jìn)一步，在步驟8中，采用離子束反應(yīng)濺射的方法沉積熱敏層，所述熱敏層薄膜為氧化鈦、氧化釩、氧化錳、氧化銅、氧化鉬、氧化鈮、氧化鈷、氧化鎢、多晶硅或batio3。

進(jìn)一步，所述第一支撐層和第二支撐層均為氮化硅，其厚度為

進(jìn)一步，所述金屬電極層為v、ti,nicr,tin薄膜，所述金屬電極層的厚度為

進(jìn)一步，所述的熱敏層厚度為熱敏層方阻為50～5000kω。

附圖說明

圖1為本發(fā)明金屬反射層和絕緣介質(zhì)層形成示意圖；

圖2為本發(fā)明第一犧牲層和第一支撐層形成示意圖；

圖3為本發(fā)明金屬電極和第一保護(hù)層形成示意圖；

圖4為本發(fā)明第一保護(hù)層和第一支撐層圖形化示意圖；

圖5為本發(fā)明第二犧牲層和第二支撐層形成示意圖；

圖6為本發(fā)明電極金屬層形成示意圖；

圖7為本發(fā)明熱敏層和第二保護(hù)層形成示意圖；

圖8為本發(fā)明中平面焦平面探測器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明中曲面焦平面探測器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明中平面焦平面探測器與曲面焦平面探測器單個透鏡光路示意圖；

圖11為本發(fā)明實(shí)施例一中探測器彎曲定型狀態(tài)示意圖；

圖12為本發(fā)明實(shí)施例二中探測器彎曲定型狀態(tài)示意圖；

在附圖中，各標(biāo)號所表示的部件名稱列表如下：1、半導(dǎo)體基座，2、金屬反射層，2-1、金屬塊，3、絕緣介質(zhì)層，4、第一犧牲層，5、第一支撐層，6、金屬電極層，6-1、金屬電極，6-2、金屬連線，7、第一保護(hù)層，8、第一通孔，9、第二犧牲層，10、第二支撐層，11、電極金屬層，12、第二通孔，13、熱敏層，14、第二保護(hù)層，15、透鏡，16、曲面焦平面，17、平面焦平面，18、平行入射光線，19、斜入射光線，20、圓環(huán)或圓筒，21、圓頭頂桿。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明中一種曲面焦平面探測器的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

如圖8和圖9所示，一種曲面焦平面探測器，包括一帶有讀出電路的半導(dǎo)體基座1和與所述半導(dǎo)體基座1電連接的探測器本體，所述焦平面探測器為曲面，其曲率半徑不小于3mm，其厚度不超過50μm，所述讀出電路和所述探測器本體的總厚度不超過10μm；所述探測器本體包括絕緣介質(zhì)層3、金屬反射層2、第一支撐層5、金屬電極層6，所述半導(dǎo)體基座1上設(shè)有金屬反射層2和絕緣介質(zhì)層3，所述金屬反射層2包括若干個金屬塊2-1；

所述金屬塊2-1上設(shè)有第一支撐層5，所述第一支撐層5上設(shè)有第一通孔8，所述第一通孔8終止于所述金屬塊2-1，所述第一支撐層5上和第一通孔8內(nèi)設(shè)有金屬電極層6，所述金屬電極層6包括設(shè)置在所述第一支撐層5上的金屬電極6-1和設(shè)置在所述第一通孔8內(nèi)的金屬連線6-2；

所述金屬電極層6上設(shè)有第一保護(hù)層7，所述第一保護(hù)層7上設(shè)有第二支撐層10，所述第二支撐層10上設(shè)有第二通孔12，所述第二通孔12終止于所述金屬電極6-1，所述第二支撐層10上和第二通孔12內(nèi)設(shè)有電極金屬層11；

所述電極金屬層11上設(shè)有熱敏層13，所述熱敏層13不能完全覆蓋電極金屬層11，所述熱敏層13通過所述電極金屬層11與所述金屬電極層6電連接；

所述熱敏層13上和電極金屬層11上設(shè)有第二保護(hù)層14。

所述第一支撐層5和第二支撐層10為氮化硅，所述第一保護(hù)層7和第二保護(hù)層14為氮化硅，所述熱敏層13為氧化釩薄膜，所述金屬電極層6為v、ti,nicr,tin薄膜。

下面通過單個透鏡的簡單光路系統(tǒng)來說明曲面焦平面探測器相對平面焦平面探測器的優(yōu)勢，如圖10所示。

在平行入射光情況下，平行入射光線18光會通過透鏡15主光軸上的焦點(diǎn)，一般是把通過該焦點(diǎn)，并且垂直于主光軸的平面作為焦平面17，平面焦平面探測器會與圖10中平面焦平面17重合。

現(xiàn)在傳統(tǒng)的小視場低分辨率的紅外或太赫茲成像時，透鏡聚焦所成的像均在主光軸附近，而且焦深足以覆蓋探測器焦平面范圍，形成清晰的像。

但是在進(jìn)行大視場高分辨率成像的時候，視場邊緣要成像，那隨之而來的斜入射光線19也越來越多，這些光線的聚焦點(diǎn)會偏離平面焦平面17，而且越往視場邊緣，斜入射角度越大，成像的焦點(diǎn)會離主光軸越遠(yuǎn)，并逐漸離平面焦平面17越來越遠(yuǎn)，當(dāng)焦點(diǎn)距離平面焦平面超過焦深時，就會發(fā)生越往圖像邊緣越失真的現(xiàn)象。如果使用曲面焦平面探測器，那么斜入射光線19的聚焦點(diǎn)均會在曲面焦平面16上，不管是圖像中間還是邊緣部位，都不會出現(xiàn)失真現(xiàn)象。

本發(fā)明還涉及上述曲面焦平面探測器的制備方法,下面給出兩個具體實(shí)施例。

實(shí)施例一

一種曲面焦平面探測器的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：在包含讀出電路半導(dǎo)體基座1上制作金屬反射層2，并對金屬反射層2進(jìn)行圖形化處理，圖形化后的金屬反射層2形成若干個金屬塊2-1；所述金屬塊2-1與半導(dǎo)體基座1上的讀出電路電連接；然后，在完成圖形化的金屬反射層2上沉積絕緣介質(zhì)層3，并對絕緣介質(zhì)層3進(jìn)行圖形化處理，并露出金屬塊2-1，金屬反射層2的厚度為金屬反射層2對波長為8～14μm的紅外光的反射率在99％以上，所述的絕緣介質(zhì)層3為氮化硅薄膜或者氧化硅薄膜，厚度為如圖1所示。

步驟2：在所述的絕緣介質(zhì)層3上沉積第一犧牲層4，并對第一犧牲層4進(jìn)行圖形化處理，在圖形化處理后的第一犧牲層4上沉積第一支撐層5，所述第一支撐層5為氮化硅薄膜，所述第一犧牲層4為聚酰亞胺或非晶碳，所述第一犧牲層4的厚度為1.0～2.5μm，所述第一支撐層5的厚度為如圖2所示。

步驟3：采用光刻和蝕刻的方法，蝕刻掉部分第一支撐層5，第一支撐層5蝕刻終止于所述金屬塊2-1，形成第一通孔8，在所述第一通孔8內(nèi)和所述第一支撐層5上沉積金屬電極層6，并對金屬電極層6進(jìn)行圖形化處理，形成金屬電極6-1和金屬連線6-2，所述金屬電極層6為v、ti,nicr,tin薄膜，所述金屬電極層6的厚度為

步驟4：在圖形化后的金屬電極層6上沉積第一保護(hù)層7，如圖3所示。

步驟5：采用光刻和蝕刻的方法，蝕刻掉部分所述第一保護(hù)層7和第一支撐層5，蝕刻終止于所述第一犧牲層4，露出部分第一犧牲層4，如圖4所示。

步驟6：在蝕刻后的第一保護(hù)層7和露出的第一犧牲層4上沉積第二犧牲層9，并對第二犧牲層9進(jìn)行圖形化處理，在圖形化處理后的第二犧牲層9上沉積第二支撐層10，所述第二支撐層10為氮化硅薄膜，所述第二犧牲層9為聚酰亞胺或者非晶碳，第二犧牲層9的厚度為1.0～2.5μm，如圖5所示。

步驟7：采用光刻和蝕刻的方法，蝕刻掉部分第二支撐層10和第一保護(hù)層7，形成第二通孔12，所述第二通孔12蝕刻終止于所述金屬電極6-1，然后，在所述第二支撐層10和第二通孔12內(nèi)沉積電極金屬層11，并對電極金屬層11進(jìn)行圖形化處理，蝕刻掉部分電極金屬，露出部分第二支撐層10，如圖6所示。

步驟8:在圖形化后的電極金屬層11和露出的第二支撐層10上沉積熱敏層13，所述熱敏層13為氧化鈦、氧化釩、氧化錳、氧化銅、氧化鉬或多晶硅，采用離子束反應(yīng)濺射的方法沉積氧化鈦薄膜，所述的熱敏層13厚度為熱敏層13方阻為50～5000kω，如圖7所示。

步驟9：在熱敏層13上沉積第二保護(hù)層14，并對第二保護(hù)層14進(jìn)行圖形化處理。

步驟10：減薄處理，利用減薄設(shè)備，將半導(dǎo)體底座的厚度減薄至50μm以內(nèi)，減薄后在背面貼膜。

步驟11：進(jìn)行結(jié)構(gòu)釋放，去掉犧牲層形成微橋結(jié)構(gòu)，如圖8所示；然后，對探測器彎曲定型：首先，將帶有背面貼膜的所述焦平面探測器用受力均勻的圓環(huán)或圓筒20固定，然后，在背面抽真空或正面加高壓，使探測器焦平面隨膜變形成曲面，如圖11所示；根據(jù)施加的壓力控制曲面曲率半徑，使其曲率半徑不小于3mm；最后，采用烘烤的方法或利用弱堿弱酸溶液浸泡，使曲面保持固定曲率，使其不再回復(fù)平面狀態(tài)，形成曲面焦平面探測器，如圖9所示，圖9中只給出了曲面焦平面探測器的外形形狀，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也通過彎曲變形，圖9中未畫出。

實(shí)施例二

與實(shí)施例一的不同之處在于，步驟11中先對探測器進(jìn)行彎曲定型，再對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)釋放，具體方法如下：將帶有背面貼膜的探測器用受力均勻的圓環(huán)或圓筒20固定，在正面用一柔性圓頭頂桿21去擠壓探測器表面，如圖12所示；所述圓頭頂桿的圓頭半徑可以從3mm到∞，使探測器形成曲面；然后，采用烘烤的方法或利用弱堿弱酸溶液浸泡，使曲面保持固定曲率，使其不再回復(fù)平面狀態(tài)，最后，進(jìn)行結(jié)構(gòu)釋放，去掉犧牲層形成微橋結(jié)構(gòu)，如圖9所示，圖9中只給出了曲面焦平面探測器的外形形狀，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也通過彎曲變形，圖9中未畫出。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，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)。