本發(fā)明涉及紅外探測器，屬于微電子機械技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種寬光譜柔性紅外探測器陣列及其制作方法。

背景技術(shù)：

紅外探測器(Infrared Detector)是將入射的紅外輻射信號轉(zhuǎn)變成電信號輸出的器件。紅外輻射是波長介于可見光與微波之間的電磁波，人眼察覺不到。要察覺這種輻射的存在并測量其強弱，必須把它轉(zhuǎn)變成可以察覺和測量的其他物理量。一般說來，紅外輻射照射物體所引起的任何效應(yīng)，只要效果可以測量而且足夠靈敏，均可用來度量紅外輻射的強弱?，F(xiàn)代紅外探測器所利用的主要是紅外熱效應(yīng)和光電效應(yīng)。這些效應(yīng)的輸出大都是電量，或者可用適當?shù)姆椒ㄞD(zhuǎn)變成電量。

電子元器件柔性化是未來電子技術(shù)發(fā)展的一大趨勢,特別是對新興的智能硬件產(chǎn)業(yè)，以柔性屏幕、柔性印刷電路板為代表的柔性電子元器件，已經(jīng)解放了我們對產(chǎn)品形態(tài)的想象力，顛覆了現(xiàn)有產(chǎn)品的形態(tài)和體驗方式。

同樣，對于紅外探測器領(lǐng)域，目前的紅外探測器陣列都是基于半導(dǎo)體熱敏或光敏材料加工而成，結(jié)構(gòu)剛性，形狀固定不變；同時，基于這些材料的可探測光譜范圍較小，一般為近紅外、中紅外范圍，而自然界物體所發(fā)射的遠紅外部分輻射白白浪費，如果把這些浪費掉的紅外輻射利用起來，則紅外熱像儀的成像細節(jié)更豐富，成像質(zhì)量將會進一步提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種寬光譜柔性紅外探測器陣列，從而解決了以往紅外探測器結(jié)構(gòu)固定、無法調(diào)整形態(tài)和可視范圍、探測光譜范圍較小的技術(shù)問題

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種寬光譜柔性紅外探測器陣列，包括從下往上依次設(shè)置的柔性襯底層、支撐硅片層及敏感薄膜層；

其中，

敏感薄膜層的上、下表面分別有一層金屬薄膜作為上、下電極，上、下電極的重疊區(qū)域構(gòu)成有效敏感單元；

所述敏感薄膜層由柔性熱釋電聚合物構(gòu)成。

優(yōu)選的，所述柔性熱釋電聚合物為聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯－三氟乙烯、奇數(shù)尼龍、聚氯乙烯或聚丙烯。

優(yōu)選的，所述柔性熱釋電聚合物摻雜有無機壓電陶瓷、無機壓電晶體、金屬氧化物、碳納米管、石墨烯中的一種或多種。

優(yōu)選的，所述敏感薄膜層采用流延鑄塑、熱壓、懸涂或靜電噴涂方式成膜。

優(yōu)選的，所述柔性襯底層、支撐硅片層及敏感薄膜層均采用膠接方式連接。

優(yōu)選的，所述金屬薄膜為鋁薄膜。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明結(jié)構(gòu)可柔性變形，可根據(jù)需要調(diào)整其變形量，從而調(diào)整其可視范圍，并且敏感薄膜具有很寬的光譜響應(yīng)范圍，探測光譜范圍較大，因此基于本陣列的紅外探測器具有更高質(zhì)量、細節(jié)更豐富的成像效果。

同時，本發(fā)明還提供了上述寬光譜柔性紅外探測器陣列的制作方法，包括以下步驟：

1)將柔性熱釋電聚合物充分溶解形成溶液，溶液涂覆在拋光基板上并高溫烘烤至溶劑完全揮發(fā)形成敏感薄膜，敏感薄膜剝離后形成敏感薄膜層；

2)敏感薄膜層上、下表面采用磁控濺射方式沉積相同厚度的金屬薄膜，形成上、下電極，上、下電極的重疊區(qū)域構(gòu)成有效敏感單元；

3)敏感薄膜層開設(shè)將下電極引致敏感薄膜層上表面的通孔，通孔內(nèi)填充金屬并圖形化；

4)選取與敏感薄膜層面積和形狀相同的薄硅片，并在薄硅片上制備條形通孔；

5)將敏感薄膜層膠接在薄硅片上，以有效敏感單元與條形通孔中心對應(yīng)設(shè)置為準；

6)采用各向異性腐蝕方式將薄硅片腐蝕形成分離的支撐柱結(jié)構(gòu)，構(gòu)成支撐硅片層；

7)將支撐硅片層膠接在柔性襯底層上，完成制作。

本發(fā)明的制作方法操作簡單，能夠分層次的制備各個陣列結(jié)構(gòu)并形成陣列，且敏感薄膜層厚度均勻，上、下電極厚度一定并可控，有效敏感單元與條形通孔中心對應(yīng)設(shè)置還提高了陣列的有效像元。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明敏感薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明敏感薄膜的正面視圖；

圖4是本發(fā)明敏感薄膜的背面視圖；

圖5是本發(fā)明敏感薄膜的通孔示意圖；

圖6是本發(fā)明薄硅片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明薄硅片和敏感薄膜的貼合示意圖；

圖8是本發(fā)明支撐硅片層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中標記：1、柔性襯底層；2、支撐硅片層；3、敏感薄膜層。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。本發(fā)明的實施方式包括但不限于下列實施例。

如圖1所示的一種寬光譜柔性紅外探測器陣列，包括從下往上依次設(shè)置的柔性襯底層1、支撐硅片層2及敏感薄膜層3；其中，敏感薄膜層3的上、下表面分別有一層金屬薄膜作為上、下電極，上、下電極的重疊區(qū)域構(gòu)成有效敏感單元；所述敏感薄膜層3由柔性熱釋電聚合物構(gòu)成。

本實施例的柔性襯底層1、支撐硅片層2及敏感薄膜層3均可柔性變形，從而可根據(jù)需要調(diào)整其變形量和可視范圍，并且敏感薄膜層3由柔性熱釋電聚合物構(gòu)成，從而敏感薄膜層3具有很寬的光譜響應(yīng)范圍和探測光譜范圍，從而可以提高紅外探測器的成像質(zhì)量和效果，并且成像細節(jié)更加豐富。

在本實施例柔性熱釋電聚合物為PVDF(聚偏氟乙烯)、PVDF-HFP(聚偏氟乙烯-六氟丙烯)、PVDF-TrFE(聚偏二氟乙烯－三氟乙烯)、奇數(shù)尼龍、PVC(聚氯乙烯)或PPP(聚丙烯)中的一種或多種。

在本實施例中，所述柔性熱釋電聚合物摻雜有無機壓電陶瓷、無機壓電晶體、金屬氧化物、碳納米管、石墨烯中的一種或多種。無機壓電陶瓷如鋯鈦酸鉛、鈦酸鋇，無機壓電晶體如石英、鉭酸鋰，金屬氧化物如氧化鈦、氧化鋅，碳納米管，石墨烯，在柔性熱釋電聚合物中加入后可以進一步提高材料的性能，增大其敏感性和強度，避免變形后造成損壞。

本實施例的敏感薄膜層3采用流延鑄塑、熱壓、懸涂或靜電噴涂方式成膜。敏感薄膜層3采用上述方式，可以保證其整體厚度均勻，并且可控制厚度大小，制備的薄膜能夠滿足成像要求。

本實施例的柔性襯底層1、支撐硅片層2及敏感薄膜層3均采用膠接方式連接。通過膠接方式便于陣列安裝、調(diào)試和維護，且對其本身使用不造成影響。

本實施例的金屬薄膜為鋁薄膜。

同時，本實施例還提供了一種寬光譜柔性紅外探測器陣列的制造方法，包括以下步驟：

1)將柔性熱釋電聚合物充分溶解形成溶液，溶液涂覆在拋光基板上并高溫烘烤至溶劑完全揮發(fā)形成敏感薄膜，敏感薄膜剝離后形成敏感薄膜層4；

2)敏感薄膜層上、下表面采用磁控濺射方式沉積相同厚度的金屬薄膜，形成上、下電極，上、下電極的重疊區(qū)域構(gòu)成有效敏感單元；

3)敏感薄膜層開設(shè)將下電極引致敏感薄膜層上表面的通孔，通孔內(nèi)填充金屬并圖形化；制造通孔的目的在于方便后續(xù)引出電信號至讀出電路；

4)選取與敏感薄膜層面積和形狀相同的薄硅片，并在薄硅片上制備條形通孔；該薄硅片對敏感薄膜層起到支撐作用；

5)將敏感薄膜層膠接在薄硅片上，以有效敏感單元與條形通孔中心對應(yīng)設(shè)置為準；即將敏感薄膜與帶條形通孔的薄硅片對位貼合，貼合時使得每一行像元中心與條形通孔中心對準。

6)采用各向異性腐蝕方式將薄硅片腐蝕形成分離的支撐柱結(jié)構(gòu)，構(gòu)成支撐硅片層2；

7)將支撐硅片層膠接在柔性襯底層1上，完成制作。

為完整本發(fā)明，下面利用具體實施例并結(jié)合具體結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)和步驟對本發(fā)明做詳細說明。

具體實施例

如圖1所示，一種寬光譜柔性紅外探測器陣列，包括從下往上依次膠接的柔性襯底層、支撐硅片層及敏感薄膜層；其中，敏感薄膜層的上、下表面分別有一層金屬鋁薄膜作為上、下電極，上、下電極的重疊區(qū)域構(gòu)成有效敏感單元；所述敏感薄膜層由柔性熱釋電聚合物構(gòu)成；所述柔性熱釋電聚合物為聚偏氟乙烯-六氟丙烯；

本實施例的寬光譜柔性紅外探測器陣列的具體制作方法如下：

1、將質(zhì)量比為85:15的PVDF(聚偏氟乙烯)和PHFP(聚六氟丙烯)粉末混合；將混合物溶解于二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，溶質(zhì)與溶劑質(zhì)量比為10:90；待充分溶解后將溶液涂覆在拋光玻璃基板上，然后在110℃下烘烤；待溶劑完全揮發(fā)后將薄膜從玻璃基板上剝離形成聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)敏感薄膜，如圖2所示；

2、采用磁控濺射工藝沉積厚度分別為50nm的金屬鋁作為敏感薄膜的上電極和下電極層，并采用光刻或刻蝕工藝對上下電極圖形化，上下電極重疊區(qū)域為有效像元，其面積為200μm×200μm，結(jié)果如圖3、圖4所示；

3、采用光刻、氧等離子刻蝕工藝在敏感薄膜表面形成通孔，利用磁控濺射工藝沉積厚度為500nm的金屬鋁填充通孔并圖形化，將下電極引出至上表面，結(jié)果如圖5所示；

4、采用減薄工藝將與敏感薄膜面積相同的硅片減薄至100μm，形成薄硅片；再以500nm熱氧化硅為掩蔽層，采用硅各向同性腐蝕工藝形成條形通孔，結(jié)果如圖6所示；

5、采用環(huán)氧樹脂膠將薄硅片與敏感薄膜對位貼合，貼合時使得每一行像元中心與條形通孔中心對準，結(jié)果如圖7所示；

6、以500nm熱氧化硅為掩蔽層，采用KOH(氫氧化鉀)為腐蝕液，以各向異性腐蝕工藝將薄硅片進一步腐蝕成分離的支撐柱結(jié)構(gòu)，形成支撐硅片層，結(jié)果如圖8所示；

7、采用環(huán)氧樹脂膠將支撐硅片層粘接在厚度為500μm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)柔性襯底，至此工藝完成，加工完成的陣列效果如圖1所示。

如上所述即為本發(fā)明的實施例。前文所述為本發(fā)明的各個優(yōu)選實施例，各個優(yōu)選實施例中的優(yōu)選實施方式如果不是明顯自相矛盾或以某一優(yōu)選實施方式為前提，各個優(yōu)選實施方式都可以任意疊加組合使用，所述實施例以及實施例中的具體參數(shù)僅是為了清楚表述發(fā)明人的發(fā)明驗證過程，并非用以限制本發(fā)明的專利保護范圍，本發(fā)明的專利保護范圍仍然以其權(quán)利要求書為準，凡是運用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。