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

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的非制冷紅外探測器的紅外吸收能力普遍都不夠強(qiáng)，從而影響紅外探測器的探測能力及應(yīng)用范圍，尤其是在一些要求觀測溫度細(xì)微變化的場合，比如精確測溫使用等，低分辨的探測器無法區(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器及一種非制冷紅外探測器的制備方法，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，可有效提高探測器的紅外熱輻射吸收能力，從而提高探測器的溫度響應(yīng)率并降低NETD。通過采用鈦或氮化鈦，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。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，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)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動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器，尤其涉及一種非制冷紅外焦平面陣列探測器，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器均適用于本實(shí)施例。該探測器進(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，可有效提高探測器的紅外熱輻射吸收能力，從而提高探測器的溫度響應(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，對探測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)置在增加探測器紅外吸收能力的同時，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)成一針對紅外波長λ＝8～14μm長波段的光學(xué)真空諧振腔，具有對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，可使探測器在8～14μm的紅外長波段的吸收率達(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，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)。