一種基于碳納米紅外吸收層的微測輻射熱計的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于碳納米紅外吸收層的微測輻射熱計，包括氮化硅支撐層(5)，所述氮化硅支撐層(5)向上依次為第一碳納米紅外吸收層(4)，熱敏感層(3)，第二碳納米紅外吸收層(2)和氮化硅保護層(1)；所述第二碳納米紅外吸收層2和氮化硅保護層(1)構(gòu)成微測輻射熱計的頂部紅外吸收層；所述第一碳納米紅外吸收層4和氮化硅支撐層(5)構(gòu)成微測輻射熱計的底部紅外吸收層，底部紅外吸收層與金屬反射層(7)之間通過支撐橋墩(6)形成紅外吸收諧振腔(9)；所述金屬反射層(7)位于硅襯底(8)之上。該微測輻射熱計采用碳納米材料作為紅外吸收增強層，不僅提高器件的紅外吸收率和探測靈敏度，而且可以實現(xiàn)寬波段紅外吸收，器件結(jié)構(gòu)簡單，有優(yōu)異的非制冷紅外探測性能。
【專利說明】
一種基于碳納米紅外吸收層的微測輻射熱計
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于光電探測領(lǐng)域，涉及一種基于碳納米紅外吸收層的微測輻射熱計。
【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)普朗克輻射定理，凡是絕對溫度大于絕對零度的物體都能輻射電磁波，物理 輻射能量強度與本體溫度及表面的輻射發(fā)射能力有關(guān)。能夠輻射可見光的物體普遍需要具 備高溫的特點，當溫度較低時，峰值波長變大，輻射波進入紅外波段，是非可見光，但對于一 般低溫、室溫的物體，輻射紅外的能力是普遍存在的。因此紅外探測在探測領(lǐng)域具有更廣的 應(yīng)用范圍。通常情況下，紅外探測系統(tǒng)被認為是一種無源、被動式的探測儀器，可以非接觸 而且不需要高功率輻射源，因此常被應(yīng)用在現(xiàn)代國防技術(shù)中。紅外探測和成像更多用來一 些實際觀測條件很差的時候，例如夜晚、煙霧等環(huán)境中，目前廣泛應(yīng)用的紅外探測或成像技 術(shù)包括制冷和非制冷兩類。非制冷紅外成像技術(shù)起步較晚，但是發(fā)展迅速，其中以氧化釩為 紅外敏感層的微測輻射熱計成為非制冷紅外成像領(lǐng)域的主流技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于國防軍事 領(lǐng)域。但是，氧化釩自身的吸光性能較差，需要借助氮化硅等紅外吸收材料以及復(fù)雜的光學(xué) 腔體結(jié)構(gòu)；同時，氮化硅材料的紅外吸收波段在長波紅外（8~12um)，而在中波紅外（3~ 5um)波段的吸收很低，不能實現(xiàn)寬波段紅外成像。
[0003] 授權(quán)號為CN101886261B的中國專利發(fā)明了一種用于微測輻射熱計的氧化釩薄膜 及其制作方法，以及授權(quán)號為CN101900607B的中國專利發(fā)明了一種用于紅外探測器的氧化 釩薄膜及其制作方法，制備了一種氧化釩-碳納米管復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，用以增強紅外吸收和熱敏 特性。授權(quán)號為CN102419212B的中國專利發(fā)明了一種氧化釩復(fù)合薄膜及其制備方法，制備 了氧化釩一富勒烯一碳納米管三元復(fù)合薄膜復(fù)合膜結(jié)構(gòu)作為太赫茲探測器或紅外探測器 的熱敏電阻材料及光吸收材料，能夠提高器件的綜合性能。碳納米管或者富勒烯均具有較 好的紅外吸收特性，但是結(jié)構(gòu)單一，其在寬波紅外(3~12um)波段的吸收仍然較低。
[0004] 以石墨烯為主的碳納米材料作為具有良好的寬譜吸收特性，光譜吸收范圍可以從 紫外到太赫茲波段，包括石墨烯納米墻、三維多孔碳納米材料、石墨烯微片等，并且碳納米 材料具有高載流子迀移率，對于紅外探測器件，響應(yīng)速度很快。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于碳納米紅外吸收層的微測輻射熱計，結(jié)合材料和 器件結(jié)構(gòu)的合理優(yōu)化，用以解決傳統(tǒng)微測輻射熱計紅外吸收波段窄、紅外吸收率低的問題。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種基于碳納米紅外吸收層的微測輻射熱計，其特征在 于，包括氮化硅支撐層5,所述氮化硅支撐層5向上依次為第一碳納米紅外吸收層4,熱敏感 層3,第二碳納米紅外吸收層2和氮化硅保護層1;
[0007] 所述第二碳納米紅外吸收層2和氮化硅保護層1構(gòu)成微測輻射熱計的頂部紅外吸 收層;所述第一碳納米紅外吸收層4和氮化硅支撐層5構(gòu)成微測輻射熱計的底部紅外吸收 層，底部紅外吸收層與金屬反射層7之間通過支撐橋墩6形成紅外吸收諧振腔9;所述金屬反 射層7位于娃襯底8之上。
[0008] 作為優(yōu)選，所述第一碳納米紅外吸收層4和第二碳納米紅外吸收層2各選自石墨烯 納米墻、三維多孔碳納米材料、碳納米管、石墨稀微片堆疊膜或者碳納米材料的復(fù)合薄膜中 的一種，厚度為10nm~lOOOnm。
[0009] 作為優(yōu)選，所述熱敏感層3的材料為非晶硅(α-si)或氧化釩(V0X)，厚度為50nm~ 500nm〇
[0010] 作為優(yōu)選，所述第一碳納米紅外吸收層4和第二碳納米紅外吸收層2的厚度均為 10nm~lOOOnm。
[0011 ]作為優(yōu)選，所述氮化娃支撐層5的厚度為50nm~500nm。
[0012] 進一步，所述支撐橋墩(6)里面包含電學(xué)通道，電學(xué)通道將熱敏感層(3)與硅襯底 上的電路結(jié)構(gòu)相連。
[0013] 作為優(yōu)選，所述碳納米管為單壁碳納米管或多壁碳納米管，管徑為lnm~50nm。 [0014]作為優(yōu)選，所述石墨稀微片的粒徑為50nm~5um。
[0015] 本發(fā)明還提供一種基于碳納米紅外吸收層的微測輻射熱計的制備方法，包括如下 步驟：
[0016] 1)選用含有集成電路的硅襯底8,預(yù)處理備用；
[0017] 2)在娃襯底8表面沉積一層金屬錯作為金屬反射層7;
[0018] 3)在金屬反射層7的表面光刻出支撐橋墩6圖形，刻蝕該金屬反射層7至硅襯底8上 的鈍化層，形成支撐橋墩孔和金屬鋁孤島；
[0019] 4)在金屬反射層7的表面，旋涂一層光敏聚酰亞胺薄膜；
[0020] 5)對聚酰亞胺薄膜進行光刻處理，形成聚酰亞胺薄膜孤島和支撐橋墩，然后進行 亞胺化處理；
[0021] 6)在聚酰亞胺薄膜孤島和橋墩孔的表面，沉積氮化硅作為氮化硅支撐層5;
[0022] 7)在氮化硅支撐層5上形成第一碳納米紅外吸收層4;
[0023] 8)在第一碳納米紅外吸收層4上沉積熱敏感層3;
[0024] 9)在熱敏感層3上沉積導(dǎo)電金屬薄膜，并通過光刻、刻蝕等方法對所沉積的導(dǎo)電金 屬薄膜進行圖形化，形成電學(xué)通道，電學(xué)通道將熱敏感層3與硅襯底8上的電路結(jié)構(gòu)相連；
[0025] 10)在熱敏感層3上形成第二碳納米紅外吸收層2;
[0026] 11)在第二碳納米紅外吸收層2上沉積氮化硅作為氮化硅保護層1;
[0027] 12)利用微納加工工藝對氮化硅支撐層5、第一碳納米紅外吸收層4、熱敏感層3、第 二碳納米紅外吸收層2以及氮化硅保護層1進行圖形化；
[0028] 13)采用氧等離子體去氮化硅支撐層5底部的聚酰亞胺薄膜，形成紅外吸收諧振腔 9，最終構(gòu)成微測輻射熱計。
[0029] 作為優(yōu)選，所述第一碳納米紅外吸收層(4)和第二碳納米紅外吸收層(2)各選自石 墨稀納米墻、三維多孔碳納米材料、碳納米管、石墨稀微片堆疊膜或者碳納米材料的復(fù)合薄 膜中的一種；
[0030] 所述石墨烯納米墻直接沉積于目標基底上或者先生長后轉(zhuǎn)移至目標基底上；
[0031] 所述三維多孔碳納米材料通過真空沉積工藝在目標基底上直接低溫沉積制備而 成；
[0032] 所述碳納米管直接沉積于目標基底上或者先生長后轉(zhuǎn)移至目標基底上；
[0033] 石墨烯微片堆疊膜由石墨烯微片溶液在目標基底上成膜制備而成。
[0034]作為優(yōu)選，所述導(dǎo)電金屬薄膜包括但不限于Au、Ag、Pt、Cu、TiSAl。
[0035]有益效果
[0036]本發(fā)明的碳納米紅外紅外吸收層不僅彌補了氮化娃在3~5um波段紅外吸收能力 差的不足，可以實現(xiàn)寬波段(3~12um)紅外吸收成像，而且碳納米紅外吸收層和氮化硅薄膜 在熱敏感層3上下兩側(cè)形成對稱的紅外吸收層，可以增強寬波段的紅外吸收能力。
[0037] 進一步，底部紅外吸收層與金屬反射層7形成紅外吸收諧振腔9,可以實現(xiàn)紅外光 的二次高效吸收；
[0038] 進一步，本發(fā)明基于碳納米紅外吸收層的微測輻射熱計可以實現(xiàn)陣列焦平面的器 件制備，該微測輻射熱計采用碳納米材料作為紅外吸收增強層，不僅提高器件的紅外吸收 率和探測靈敏度，而且可以實現(xiàn)寬波段紅外吸收，器件結(jié)構(gòu)簡單，有優(yōu)異的非制冷紅外探測 性能。
【附圖說明】
[0039] 圖1 一種基于碳納米紅外吸收層的微測輻射熱計截面圖，其中1為氮化硅保護層、2 為第二碳納米紅外吸收層、3為熱敏感層、4為第一碳納米紅外吸收層、5為氮化硅支撐層、6 為支撐橋墩、7為金屬反射層、8為硅襯底和9為紅外吸收諧振腔；
[0040] 圖2-種基于碳納米紅外吸收層的微測輻射熱計的俯視圖
【具體實施方式】
[0041] 以下對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限 定本發(fā)明的范圍。
[0042] 實施例1
[0043] 本實施例的一種基于碳納米紅外吸收層的微測輻射熱計，包括氮化硅保護層1、第 二碳納米紅外吸收層2、熱敏感3、第一碳納米紅外吸收層4、氮化硅支撐層5、支撐橋墩6、金 屬反射層7、硅襯底8和紅外吸收諧振腔9;
[0044] 本實施例中，所述的第一碳納米紅外吸收層4位于氮化硅支撐層5的上方，熱敏感 層3位于第一碳納米紅外吸收層4的上方，第二碳納米紅外吸收層2位于熱敏感層3的上方， 氮化硅保護層1位于第二碳納米紅外吸收層2的上方；
[0045] 本實施例中，所述的第一碳納米紅外吸收層4和氮化硅支撐層5構(gòu)成微測輻射熱計 的底部紅外吸收層，且與金屬反射層7形成紅外吸收諧振腔9,可以高效吸收紅外；
[0046] 本實施例中，第一碳納米紅外吸收層的材料為石墨烯納米墻，通過化學(xué)氣相沉積 的方法在氮化硅支撐層5上方直接沉積，厚度為10nm;
[0047] 本實施例中，第二碳納米紅外吸收層的材料為石墨烯納米墻，通過化學(xué)氣相沉積 的方法在熱敏感層3上方直接沉積，厚度為10nm;
[0048] 本實施例中，第一、二碳納米紅外吸收層通過光刻及氧氣等離子體刻蝕的方法實 現(xiàn)陣列圖形化；
[0049] 本實施例中，制備一種基于碳納米紅外吸收層的微測輻射熱計的具體工藝方案包 括以下步驟：
[0050] 1)選用含有集成電路(R0IC)、鈍化層的硅晶圓片作為硅襯底8,清洗后用氮氣吹干 備用；
[0051] 2)在硅襯底8的表面，利用磁控濺射系統(tǒng)，沉積一層厚度為100~lOOOnm的金屬鋁， 作為金屬反射層7;
[0052] 3)在金屬反射層7的表面光刻出支撐橋墩6圖形，刻蝕該金屬反射層7至硅襯底8上 的鈍化層，形成支撐橋墩孔和金屬鋁孤島；
[0053] 4)在上述金屬反射層7的表面，旋涂一層厚度為1~4μπι的光敏聚酰亞胺薄膜；
[0054] 5)對聚酰亞胺薄膜進行光刻處理，形成聚酰亞胺薄膜孤島和支撐橋墩，然后進行 亞胺化處理；
[0055] 6)在聚酰亞胺薄膜孤島和橋墩孔的表面，利用PECVD在300°C下，沉積厚度為50nm 的氮化硅，作為氮化硅支撐層5;
[0056] 7)根據(jù)本發(fā)明實施例所提供的碳納米紅外吸收層的制備方法，在氮化硅支撐層5 上利用MPECVD在350°C下，直接沉積10nm厚的碳納米墻作為第一碳納米紅外吸收層4;
[0057] 8)在第一碳納米紅外吸收層4上采用磁控濺射的方法沉積50nm的氧化釩作為熱敏 感層3;
[0058] 9)在熱敏感層3上利用磁控濺射的方法沉積100nm的銅薄膜，并通過光刻、刻蝕等 方法對所沉積的銅薄膜進行圖形化，形成電學(xué)通道，電學(xué)通道將熱敏感層3與硅襯底上的電 路結(jié)構(gòu)相連。
[0059] 10)在熱敏感層3上利用MPECVD在350°C下，直接沉積10nm厚的碳納米墻作為第二 碳納米紅外吸收層2;
[0060] 11)在第二碳納米紅外吸收層2上利用PECVD在300°C下，沉積厚度為50nm的氮化 硅，作為氮化硅保護層1;
[0061] 12)利用微納加工工藝對氮化硅支撐層5、第一碳納米紅外吸收層4、熱敏感層3、第 二碳納米紅外吸收層2以及氮化硅保護層1進行圖形化；
[0062] 13)采用氧等離子體去氮化硅支撐層5底部的聚酰亞胺薄膜，形成紅外吸收諧振腔 9，最終構(gòu)成微測輻射熱計。
[0063]本實施例中，寬波段微測輻射熱計可以實現(xiàn)3~15um的寬波段高效紅外吸收，在3 ~5um處的紅外吸收率大于75%，在在8~12um處的紅外吸收率大于85%，可實現(xiàn)紅外成像， 對紅外波段具有高靈敏度檢測。
[0064] 實施例2
[0065] 本實施例的一種基于碳納米紅外吸收層的微測輻射熱計，包括氮化硅保護層1、第 二碳納米紅外吸收層2、熱敏感層3、第一碳納米紅外吸收層4、氮化硅支撐層5、支撐橋墩6、 金屬反射層7、硅襯底8和紅外吸收諧振腔9;
[0066] 本實施例中，所述的第一碳納米紅外吸收層4位于氮化硅支撐層5的上方，熱敏感 層3位于第一碳納米紅外吸收層4的上方，第二碳納米紅外吸收層2位于熱敏感層3的上方， 氮化硅保護層1位于第二碳納米紅外吸收層2的上方；
[0067] 本實施例中，所述的第一碳納米紅外吸收層4和氮化硅支撐層5構(gòu)成微測輻射熱計 的底部紅外吸收層，且與金屬反射層7形成紅外吸收諧振腔9,可以高效吸收紅外；
[0068] 本實施例中，第一碳納米紅外吸收層4的材料為石墨烯納米墻，通過化學(xué)氣相沉積 的方法在銅箱基底上生長，然后通過濕法轉(zhuǎn)移的方式轉(zhuǎn)移至氮化硅支撐層5上方，厚度為 200nm；
[0069] 本實施例中，第二碳納米紅外吸收層2的材料為石墨烯納米墻，通過化學(xué)氣相沉積 的方法在銅箱基底上生長，然后通過濕法轉(zhuǎn)移的方式轉(zhuǎn)移至熱敏感層3上方，厚度為200nm;
[0070] 本實施例中，第一，二碳納米紅外吸收層通過光刻及氧氣等離子體刻蝕的方法實 現(xiàn)陣列圖形化；
[0071 ]本實施例中，制備一種基于碳納米紅外吸收層的微測輻射熱計的具體工藝方案包 括以下步驟：
[0072] 1)選用含有集成電路(R0IC)、鈍化層的硅晶圓片作為硅襯底8,清洗后用氮氣吹干 備用；
[0073] 2)在硅襯底8的表面，利用磁控濺射系統(tǒng)，沉積一層厚度為100~lOOOnm的金屬鋁， 作為金屬反射層7;
[0074] 3)在金屬反射層7的表面光刻出支撐橋墩6圖形，刻蝕該金屬反射層7至硅襯底8上 的鈍化層，形成支撐橋墩孔和金屬鋁孤島；
[0075] 4)在上述金屬反射層7的表面，旋涂一層厚度為1~4μπι的光敏聚酰亞胺薄膜；
[0076] 5)對聚酰亞胺薄膜進行光刻處理，形成聚酰亞胺薄膜孤島和支撐橋墩，然后進行 亞胺化處理；
[0077] 6)在聚酰亞胺薄膜孤島和橋墩孔的表面，利用PECVD在300°C下，沉積厚度為200nm 的氮化硅，作為氮化硅支撐層(5);
[0078] 7)根據(jù)本發(fā)明實施例所提供的碳納米紅外吸收層的制備方法，在銅箱基底上利用 PECVD的方法700°C生長200nm厚的石墨烯納米墻，然后通過濕法腐蝕銅箱基底并轉(zhuǎn)移至氮 化硅支撐層5上作為第一碳納米紅外吸收層4;
[0079] 8)在第一碳納米紅外吸收層4上采用磁控濺射的方法沉積200nm的氧化釩作為熱 敏感層3;
[0080] 9)在熱敏感層3上利用磁控濺射的方法沉積200nm的鋁薄膜，并通過光刻、刻蝕等 方法對所沉積的鋁薄膜進行圖形化，形成電學(xué)通道，電學(xué)通道將熱敏感層3與硅襯底上的電 路結(jié)構(gòu)相連。
[0081 ] 10)在熱敏感層3上利用MPECVD在350°C下，在銅箱基底上利用PECVD的方法700°C 生長200nm厚的石墨烯納米墻，然后通過濕法腐蝕銅箱基底并轉(zhuǎn)移至氮化硅支撐層5上作為 第二碳納米紅外吸收層2;
[0082] 11)在第二碳納米紅外吸收層2上利用PECVD在300 °C下，沉積厚度為100nm的氮化 硅，作為氮化硅保護層1;
[0083] 12)利用微納加工工藝對氮化硅支撐層5、第一碳納米紅外吸收層4、熱敏感層3、第 二碳納米紅外吸收層2以及氮化硅保護層1進行圖形化；
[0084] 13)采用氧等離子體去氮化硅支撐層5底部的聚酰亞胺薄膜，形成紅外吸收諧振腔 9，最終構(gòu)成微測輻射熱計。
[0085]本實施例中，寬波段微測輻射熱計可以實現(xiàn)3~15um的寬波段高效紅外吸收，在3 ~5um處的紅外吸收率大于80%，在在8~12um處的紅外吸收率大于90%，可實現(xiàn)紅外成像， 對紅外波段具有高靈敏度檢測。
[0086] 實施例3
[0087] 本實施例的一種基于碳納米紅外吸收層的微測輻射熱計，包括氮化硅保護層1、第 二碳納米紅外吸收層2、熱敏感層3、第一碳納米紅外吸收層4、氮化硅支撐層5、支撐橋墩6、 金屬反射層7、硅襯底8和紅外吸收諧振腔9;
[0088] 本實施例中，所述的第一碳納米紅外吸收層4位于氮化硅支撐層5的上方，熱敏感 層3位于第一碳納米紅外吸收層4的上方，第二碳納米紅外吸收層2位于熱敏感層3的上方， 氮化硅保護層1位于第二碳納米紅外吸收層2的上方；
[0089] 本實施例中，所述的第一碳納米紅外吸收層4和氮化硅支撐層5構(gòu)成微測輻射熱計 的底部紅外吸收層，且與金屬反射層7形成紅外吸收諧振腔9,可以高效吸收紅外；
[0090] 本實施例中，第一碳納米紅外吸收層4的材料為三維多孔碳納米材料，通過磁控濺 射的方法在氮化硅支撐層5上方直接沉積，厚度為500nm;
[0091] 本實施例中，第二碳納米紅外吸收層4的材料為石墨烯微片堆疊膜，通過溶液旋涂 的方法在熱敏感層3的上方沉積，厚度為500nm;
[0092] 本實施例中，第一，二碳納米紅外吸收層通過光刻及氧氣等離子體刻蝕的方法實 現(xiàn)陣列圖形化；
[0093] 本實施例中，制備一種基于碳納米紅外吸收層的微測輻射熱計的具體工藝方案包 括以下步驟：
[0094] 1)選用含有集成電路(R0IC)、鈍化層的硅晶圓片作為硅襯底8,清洗后用氮氣吹干 備用；
[0095] 2)在硅襯底8的表面，利用磁控濺射系統(tǒng)，沉積一層厚度為100~lOOOnm的金屬金， 作為金屬反射層7;
[0096] 3)在金屬反射層7的表面光刻出支撐橋墩6圖形，刻蝕該金屬反射層7至硅襯底8上 的鈍化層，形成支撐橋墩孔和金屬金反射層；
[0097] 4)在上述金屬反射層7的表面，旋涂一層厚度為1~4μπι的光敏聚酰亞胺薄膜；
[0098] 5)對聚酰亞胺薄膜進行光刻處理，形成聚酰亞胺薄膜孤島和支撐橋墩，然后進行 亞胺化處理；
[0099] 6)在聚酰亞胺薄膜孤島和橋墩孔的表面，利用PECVD在300 °C下，沉積厚度為500nm 的氮化硅，作為氮化硅支撐層5;
[0100] 7)根據(jù)本發(fā)明實施例所提供的碳納米紅外吸收層的制備方法，通過磁控濺射的方 法在氮化硅支撐層5上方直接常溫沉積，厚度為300nm，作為第一碳納米紅外吸收層4;，
[0101] 8)在第一碳納米紅外吸收層4上采用磁控濺射的方法沉積200nm的非晶硅作為熱 敏感層3;
[0102] 9)在熱敏感層3上利用磁控濺射的方法沉積200nm的鈦薄膜，并通過光刻、刻蝕等 方法對所沉積的鈦薄膜進行圖形化，形成電學(xué)通道，電學(xué)通道將熱敏感層3與硅襯底上的電 路結(jié)構(gòu)相連。
[0103] 10)在熱敏感層3上利用MPECVD在350 °C下，通過溶液旋涂的方法在熱敏感層3的上 方沉積石墨烯微片堆疊膜，厚度為300nm作為第二碳納米紅外吸收層2;
[0104] 11)在第二碳納米紅外吸收層2上利用PECVD在300°C下，沉積厚度為300nm的氮化 硅，作為氮化硅保護層1;
[0105] 12)利用微納加工工藝對氮化硅支撐層5、第一碳納米紅外吸收層4、熱敏感層3、第 二碳納米紅外吸收層2以及氮化硅保護層1進行圖形化；
[0106] 13)采用氧等離子體去氮化硅支撐層5底部的聚酰亞胺薄膜，形成紅外吸收諧振腔 9，最終構(gòu)成微測輻射熱計。
[0107] 本實施例中，寬波段微測輻射熱計可以實現(xiàn)3~15um的寬波段高效紅外吸收，在3 ~5um處的紅外吸收率大于75%，在在8~12um處的紅外吸收率大于85%，可實現(xiàn)紅外成像， 對紅外波段具有高靈敏度檢測。
[0108] 實施例4
[0109] 本實施例的一種基于碳納米紅外吸收層的微測輻射熱計，包括氮化硅保護層1、第 二碳納米紅外吸收層2、熱敏感層3、第一碳納米紅外吸收層4、氮化硅支撐層5、支撐橋墩6、 金屬反射層7、硅襯底8和紅外吸收諧振腔9;
[0110] 本實施例中，所述的第一碳納米紅外吸收層4位于氮化硅支撐層5的上方，熱敏感 層3位于第一碳納米紅外吸收層4的上方，第二碳納米紅外吸收層2位于熱敏感層3的上方， 氮化硅保護層1位于第二碳納米紅外吸收層2的上方；
[0111] 本實施例中，所述的第一碳納米紅外吸收層4和氮化硅支撐層5構(gòu)成微測輻射熱計 的底部紅外吸收層，且與金屬反射層7形成紅外吸收諧振腔9,可以高效吸收紅外；
[0112] 本實施例中，第一碳納米紅外吸收層4的材料為碳納米材料的復(fù)合薄膜，由石墨烯 微片和碳納米管復(fù)合而成，通過噴涂的方法在氮化硅支撐層5上方直接沉積，厚度為 lOOOnm；
[0113] 本實施例中，第二碳納米紅外吸收層2的材料為碳納米材料的復(fù)合薄膜，由石墨烯 納米墻和碳納米管復(fù)合而成，通過溶液旋涂的方法在熱敏感層（3)的上方沉積，厚度為 lOOOnm；
[0114] 本實施例中，第一、二碳納米紅外吸收層通過光刻及氧氣等離子體刻蝕的方法實 現(xiàn)陣列圖形化；
[0115] 本實施例中，制備一種基于碳納米紅外吸收層的微測輻射熱計的具體工藝方案包 括以下步驟：
[0116] 1)選用含有集成電路(R0IC)、鈍化層的硅晶圓片作為硅襯底8,清洗后用氮氣吹干 備用；
[0117] 2)在硅襯底8的表面，利用磁控濺射系統(tǒng)，沉積一層厚度為100~lOOOnm的金屬鋁， 作為金屬反射層7;
[0118] 3)在金屬反射層7的表面光刻出支撐橋墩6圖形，刻蝕該金屬反射層(7)至硅襯底8 上的鈍化層，形成支撐橋墩孔和金屬鋁孤島；
[0119] 4)在上述金屬反射層7的表面，旋涂一層厚度為1~4μπι的光敏聚酰亞胺薄膜；
[0120] 5)對聚酰亞胺薄膜進行光刻處理，形成聚酰亞胺薄膜孤島和支撐橋墩，然后進行 亞胺化處理；
[0121] 6)在聚酰亞胺薄膜孤島和橋墩孔的表面，利用PECVD在300°C下，沉積厚度為300nm 的氮化硅，作為氮化硅支撐層5;
[0122] 7)根據(jù)本發(fā)明實施例所提供的碳納米紅外吸收層的制備方法，將石墨烯位片和碳 納米管按1:1的比例復(fù)合形成溶液，通過通過噴涂的方法在氮化硅支撐層5上方直接沉積， 厚度為lOOOnm，作為第一碳納米紅外吸收層4;
[0123] 8)在第一碳納米紅外吸收層4上采用PECVD的方法沉積500nm的非晶硅作為熱敏感 層3;
[0124] 9)在熱敏感層3上利用磁控濺射的方法沉積200nm的金薄膜，并通過光刻、刻蝕等 方法對所沉積的金薄膜進行圖形化，形成電學(xué)通道，電學(xué)通道將熱敏感層3與硅襯底上的電 路結(jié)構(gòu)相連。
[0125] 10)將石墨烯位片和碳納米管按1:1的比例復(fù)合形成溶液，通過通過噴涂的方法在 熱敏感層3上方直接沉積，厚度為lOOOnm，作為第二碳納米紅外吸收層2;
[0126] 11)在第二碳納米紅外吸收層2上利用PECVD在300°C下，沉積厚度為300nm的氮化 硅，作為氮化硅保護層(1);
[0127] 12)利用微納加工工藝對氮化硅支撐層5、第一碳納米紅外吸收層4、熱敏感層3、第 二碳納米紅外吸收層2以及氮化硅保護層1進行圖形化；
[0128] 13)采用氧等離子體去氮化硅支撐層5底部的聚酰亞胺薄膜，形成紅外吸收諧振腔 9，最終構(gòu)成微測輻射熱計。
[0129] 本實施例中，寬波段微測輻射熱計可以實現(xiàn)2~15um的寬波段高效紅外吸收，在3 ~5um處的紅外吸收率大于80%，在在8~12um處的紅外吸收率大于90%，可實現(xiàn)紅外成像， 對紅外波段具有高靈敏度檢測。
[0130] 對比例1
[0131] 本對比例的一種基于碳納米紅外吸收層的微測輻射熱計，由氮化硅保護層、碳納 米紅外吸收層、熱敏感層、氮化硅支撐層上方、支撐橋墩、金屬反射層、硅襯底和紅外吸收諧 振腔組成；
[0132] 其中，碳納米紅外吸收層位于熱敏感層的上方，氮化硅保護層位于碳納米紅外吸 收層的上方，熱敏層位于氮化硅支撐層上方;金屬反射層與氮化硅支撐層通過支撐橋墩支 撐形成紅外吸收諧振腔，金屬反射層位于硅襯底上；
[0133] 碳納米紅外吸收材料為石墨烯納米墻，通過MPECVD在350 °C下在熱敏感層的上方 直接沉積l〇nm厚的碳納米墻作為碳納米紅外吸收層；
[0134] 在氮化硅支撐層上方采用磁控濺射的方法沉積氧化釩作為熱敏感層；
[0135] 碳納米紅外吸收材料通過光刻及氧氣等離子體刻蝕的方法實現(xiàn)陣列圖形化；
[0136] 本對比例中，微測輻射熱計在3~5um處的紅外吸收率小于40%，在在8~12um處的 紅外吸收率小于80 %
[0137] 對比例2
[0138] 本對比例的一種微測輻射熱計，由氮化硅保護層、熱敏感層、氮化硅支撐層上方、 支撐橋墩、金屬反射層、硅襯底和紅外吸收諧振腔組成；
[0139] 其中，氮化硅保護層位于熱敏層的上方，熱敏層位于氮化硅支撐層上方;金屬反射 層與氮化硅支撐層通過支撐橋墩支撐形成紅外吸收諧振腔，金屬反射層位于硅襯底上；
[0140] 在氮化硅支撐層上方采用磁控濺射的方法沉積氧化釩作為熱敏感層；
[0141] 碳納米紅外吸收材料通過光刻及氧氣等離子體刻蝕的方法實現(xiàn)陣列圖形化；
[0142] 本對比例中，微測輻射熱計在3~5um處的紅外吸收率小于5%，在8~12um處的紅 外吸收率小于75 %
[0143] 對比例3
[0144] 本對比例的一種微測輻射熱計，由氮化硅保護層、熱敏感層、氮化硅支撐層上方、 支撐橋墩、金屬反射層、硅襯底和紅外吸收諧振腔組成；
[0145] 其中，氮化硅保護層位于熱敏層的上方，熱敏層位于氮化硅支撐層上方;金屬反射 層與氮化硅支撐層通過支撐橋墩支撐形成紅外吸收諧振腔，金屬反射層位于硅襯底上；
[0146] 在氮化硅支撐層上方采用磁控濺射的方法沉積非晶硅作為熱敏感層；
[0147] 碳納米紅外吸收材料通過光刻及氧氣等離子體刻蝕的方法實現(xiàn)陣列圖形化；
[0148] 本對比例中，微測輻射熱計在3~5um處的紅外吸收率小于5%，在8~12um處的紅 外吸收率小于75 %
[0149] 對比例4
[0150] 本對比例的一種微測輻射熱計，由氮化硅保護層、熱敏感層、碳納米紅外吸收層、 氮化硅支撐層上方、支撐橋墩、金屬反射層、硅襯底和紅外吸收諧振腔組成；
[0151]其中，氮化硅保護層位于熱敏層的上方，熱敏層位于碳納米吸收層上方，碳納米紅 外吸收層位于氮化硅支撐層上方;金屬反射層與氮化硅支撐層通過支撐橋墩支撐形成紅外 吸收諧振腔，金屬反射層位于硅襯底上；
[0152] 碳納米紅外吸收層為碳納米材料的復(fù)合薄膜，由石墨烯微片和碳納米管復(fù)合而 成，通過噴涂的方法在氮化硅支撐層上方直接沉積，厚度為lOOOnm;
[0153] 在氮化硅支撐層上方采用磁控濺射的方法沉積非晶硅作為熱敏感層；
[0154] 碳納米紅外吸收材料通過光刻及氧氣等離子體刻蝕的方法實現(xiàn)陣列圖形化；
[0155] 本對比例中，微測輻射熱計在3~5um處的紅外吸收率小于50%，在8~12um處的紅 外吸收率小于85 %
[0156] 微測輻射熱計功能對比表
[0158]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較 佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本發(fā)明的技 術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本 發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
【主權(quán)項】
1. 一種基于碳納米紅外吸收層的微測輻射熱計，其特征在于，包括氮化硅支撐層(5)， 所述氮化硅支撐層(5)向上依次為第一碳納米紅外吸收層(4 )，熱敏感層(3 )，第二碳納米紅 外吸收層(2)和氮化硅保護層(1); 所述第二碳納米紅外吸收層(2)和氮化硅保護層（1)構(gòu)成微測輻射熱計的頂部紅外吸 收層;所述第一碳納米紅外吸收層(4)和氮化硅支撐層(5)構(gòu)成微測輻射熱計的底部紅外吸 收層，底部紅外吸收層與金屬反射層(7)之間通過支撐橋墩(6)形成紅外吸收諧振腔(9);所 述金屬反射層(7)位于硅襯底(8)之上。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于碳納米紅外吸收層的微測輻射熱計，其特征在于所述第 一碳納米紅外吸收層(4)和第二碳納米紅外吸收層(2)各選自石墨烯納米墻、三維多孔碳納 米材料、碳納米管、石墨稀微片堆疊膜或者碳納米材料的復(fù)合薄膜中的一種，厚度為l〇nm~ 1000nm〇3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于碳納米紅外吸收層的微測輻射熱計，其特征在于所述 熱敏感層(3)的材料為非晶硅(α-Si)或氧化釩(V0 X)，厚度為50nm~500nm。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于碳納米紅外吸收層的微測輻射熱計，其特征在于所述 第一碳納米紅外吸收層(4)和第二碳納米紅外吸收層(2)的厚度均為10nm~lOOOnm。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于碳納米紅外吸收層的微測輻射熱計，其特征在于所述 氮化娃支撐層（5)的厚度為50nm~500nm〇6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于碳納米紅外吸收層的微測輻射熱計，其特征在于所述 的支撐橋墩(6)里面包含電學(xué)通道，電學(xué)通道將熱敏感層(3)與硅襯底上的電路結(jié)構(gòu)相連。7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于碳納米紅外吸收層的微測輻射熱計，其特征在于所述碳 納米管為單壁碳納米管或多壁碳納米管，管徑為lnm~50nm〇8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于碳納米紅外吸收層的微測輻射熱計，其特征在于所述石 墨稀微片的粒徑為50nm~5um〇9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于碳納米紅外吸收層的微測輻射熱計的制備方法，其特征在 于，包括如下步驟： 1) 選用含有集成電路的硅襯底(8)，預(yù)處理備用； 2) 在硅襯底(8)表面沉積一層金屬鋁作為金屬反射層(7); 3) 在金屬反射層(7)的表面光刻出支撐橋墩(6)圖形，刻蝕該金屬反射層(7)至硅襯底 (8)上的鈍化層，形成支撐橋墩孔和金屬鋁孤島； 4) 在金屬反射層(7)的表面，旋涂一層光敏聚酰亞胺薄膜； 5) 對聚酰亞胺薄膜進行光刻處理，形成聚酰亞胺薄膜孤島和支撐橋墩，然后進行亞胺 化處理； 6) 在聚酰亞胺薄膜孤島和橋墩孔的表面，沉積氮化硅作為氮化硅支撐層(5); 7) 在氮化硅支撐層(5)上形成第一碳納米紅外吸收層(4); 8) 在第一碳納米紅外吸收層(4)上沉積熱敏感層(3); 9) 在熱敏感層(3)上沉積導(dǎo)電金屬薄膜，并通過光刻、刻蝕等方法對所沉積的導(dǎo)電金屬 薄膜進行圖形化，形成電學(xué)通道，電學(xué)通道將熱敏感層(3)與硅襯底(8)上的電路結(jié)構(gòu)相連。 10) 在熱敏感層(3)上形成第二碳納米紅外吸收層(2); 11) 在第二碳納米紅外吸收層(2)上沉積氮化硅作為氮化硅保護層(1); 12) 利用微納加工工藝對氮化硅支撐層(5)、第一碳納米紅外吸收層(4)、熱敏感層(3)、 第二碳納米紅外吸收層(2)以及氮化硅保護層（1)進行圖形化； 13) 采用氧等離子體去氮化硅支撐層（5)底部的聚酰亞胺薄膜，形成紅外吸收諧振腔 (9)，最終構(gòu)成微測輻射熱計。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述制備方法，其特征在于，所述第一碳納米紅外吸收層(4)和第二 碳納米紅外吸收層(2)各選自石墨烯納米墻、三維多孔碳納米材料、碳納米管、石墨烯微片 堆疊膜或者碳納米材料的復(fù)合薄膜中的一種； 所述石墨烯納米墻直接沉積于目標基底上或者先生長后轉(zhuǎn)移至目標基底上； 所述三維多孔碳納米材料通過真空沉積工藝在目標基底上直接低溫沉積制備而成； 所述碳納米管直接沉積于目標基底上或者先生長后轉(zhuǎn)移至目標基底上； 石墨烯微片堆疊膜由石墨烯微片溶液在目標基底上成膜制備而成。
【文檔編號】G01J5/10GK106092333SQ201610571486
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月19日
【發(fā)明人】楊俊 , 姬乙雄, 湯林龍, 馮雙龍, 周大華, 申鈞, 魏興戰(zhàn), 史浩飛, 杜春雷
【申請人】中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院