集成紅外屏蔽結構的太赫茲波室溫探測單元及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種集成紅外屏蔽結構的太赫茲波室溫探測單元及其制備方法，用于太赫茲波段的高性能探測。所述探測器的頂層是金屬網(wǎng)格結構圖形，作為過濾和屏蔽紅外波段的結構；第二層為復合薄膜微橋橋面，其橋面頂部為亞波長結構金屬圖形，作為電磁諧振器，用于吸收特定頻率的太赫茲波；底層為一個厚的金屬層平面，其主要作用為增加電磁波磁場部分諧振吸收，減少透射。本發(fā)明不但具有高的吸收效率，同時對紅外波段噪聲能進行有效削弱和抑制，提升探測單元的信噪比，而且具有易集成、陣列化、尺寸小等優(yōu)點，適用于室溫工作、實時探測的太赫茲探測成像陣列探測器。
【專利說明】集成紅外屏蔽結構的太赫茲波室溫探測單元及制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及太赫茲波探測【技術領域】，更具體地，涉及屏蔽紅外波段結構、微橋橋面結構和超材料的十字架結構的太赫茲波室溫探測器。
技術背景
[0002]太赫茲(THz)波，頻率介于0.1?1THz (波長范圍3mm?30 μ m)的電磁輻射波，電磁波譜位于微波和紅外波段之間，因而太赫茲分析系統(tǒng)需兼顧電子學和光學系統(tǒng)的優(yōu)勢。由于THz輻射在大氣環(huán)境下衰減嚴重，且其輻射產(chǎn)生和檢測方法極度缺乏，人們對此波段電磁輻射性質(zhì)了解有限，因此該波段被稱為電磁波譜中的THz空隙。此波段為電磁波譜中最后Iv待全面研究的頻率窗口。
[0003]電磁超材料，通過在關鍵尺度上對結構進行有序設計，突破自然規(guī)律限制得到超常物理性質(zhì)的人工復合結構或復合材料。從1999年J.B.Pendry從理論證實這一效應后，超材料在可見光到微波波段范圍已被廣泛研究。超材料在一定的頻率附近有著極好的吸收，故可設計應用成電磁波吸收器。超材料吸收器通過獨立調(diào)節(jié)其介電常數(shù)和磁導率，使電磁波從空氣和真空中傳播到超材料界面時產(chǎn)生阻抗匹配，以此產(chǎn)生反射最小化；同理，對調(diào)節(jié)介電常數(shù)和磁導率，使折射率虛部的吸收系數(shù)變大，對磁場和電場輻射產(chǎn)生最大吸收。超材料吸收器從微波波段到可見光波段都已見報道。
[0004]太赫茲系統(tǒng)主要由THz輻射源，探測器以及各功能器件組成。相比于微波波段，太赫茲波吸收結構尺寸相對較小，頻段響應靈敏，在THz熱成像技術中有重要應用。
[0005]THz技術從20世紀末至今，THz輻射源作為重要的研究部分，其輸出功率得到了不斷的增強，如美國Microtech Instrument Inc.公司研發(fā)的BWO太赫茲光源在〈ITHz頻段輸出功率為50mW左右；英國Edinburgh Instrument公司設計的CO2激光泵浦太赫茲激光器在ITHz?7.5THz波段峰值輸出功率能達到150mW。但相對于紅外波段，工業(yè)激光器如氟化氫氣體激光器輸出功率可達14W量級或更高，且對于自然條件下地面接收太陽輻射1390W/m2。如此量級下，作為臨近波段，紅外輻射在THz波段的影響甚大。再者，在MEMS技術中使用微橋結構進行熱探測使用的氮化硅SiNx材料，對8?14 μ m波段的紅外光有著良好的吸收。由于相鄰紅外波段對THz探測有著極大的影響，因此在實際THz波段進行探測時，必須使用窗口材料進行頻率截止過濾和削弱紅外波段影響。
[0006]本發(fā)明所涉及的一種集成紅外屏蔽結構的太赫茲波室溫探測單元，首先根據(jù)在非制冷紅外探測器的微橋結構上增加方形十字架結構來進行吸收太赫茲波，依據(jù)吸收頻率波段設計器件結構，從而實現(xiàn)對太赫茲波的探測；其次，在吸收結構上方再進行金屬柵格結構對紅外波段進行屏蔽過濾反射作用。此結構充分利用現(xiàn)有的微橋結構易集成、陣列化、尺寸小、實時探測、室溫工作等優(yōu)勢，并通過對紅外噪聲進行過濾，制造出集成紅外屏蔽結構太赫茲室溫探測器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供一種減小紅外噪聲輻射，增強太赫茲輻射吸收率的太赫茲波室溫探測單元，該探測結構能有效屏蔽紅外噪聲，增強太赫茲輻射吸收，使對太赫茲波段的高性能探測實現(xiàn)成為可能。
[0008]本發(fā)明目的是通過采用以下技術方案實現(xiàn)的:
[0009]一種集成紅外屏蔽結構的太赫茲波室溫探測單元，用于太赫茲波段的探測成像，其特征在于:結構包括頂層、第二層、底層；頂層為紅外屏蔽結構，第二層為復合薄膜微橋橋面，底層為一個厚金屬平面；頂層與第二層之間為頂層紅外屏蔽犧牲層(30)，第二層與底層之間為底層犧牲層(23)。
[0010]具體地，本發(fā)明探測單元結構包括襯底1、驅(qū)動電路10、反射層21、底部犧牲層23、紅外屏蔽結構犧牲層30、紅外屏蔽層33 ;所述反射層設置在驅(qū)動電路10上，該驅(qū)動電路設有電路接口 22 ;所述底部犧牲層23制備在帶有反射層的襯底上，在反射層由下而上依次制備有緩沖層24、微橋支撐層25和紅外屏蔽結構支撐層底部31、微橋頂部電極26，該頂部電極與所述電路接口 22連接；在該頂部電極和支撐層上由下而上依次制備有敏感層、保護層(氮化硅層)、方形十字架金屬圖形層(即頂層吸收層(29):亞波長結構金屬圖形的方形十字架結構電磁諧振器)。所述頂層紅外屏蔽犧牲層30制備在方形十字架金屬圖形層上，在該犧牲層上依次制作紅外屏蔽結構支撐層頂部32、紅外屏蔽層(金屬網(wǎng)格結構)33。
[0011]在本發(fā)明中，所述敏感層為具有高電阻溫度系數(shù)的無相變氧化釩薄膜，用作太赫茲波段的敏感層；在本發(fā)明中，所述方形十字架金屬圖形層用作太赫茲輻射吸收層；在本發(fā)明中，所述頂層金屬網(wǎng)格結構用作削弱過濾紅外輻射，屏蔽紅外光所用。
[0012]在本發(fā)明中，所述金屬網(wǎng)格結構厚度約為0.3μπι ;所述頂層方形十字架金屬圖形層金屬結構的厚度大約為0.05 μ m,邊長為56 μ m,寬為5 μ m ;所述氧化鑰;薄膜的電阻溫度系數(shù)為-2% /K?6% /K，厚度為0.1 μπι。
[0013]在本發(fā)明中，所述雙吸收層釋放后，原犧牲層的位置形成諧振腔，該諧振腔高度為
3μ m?6 μ m,以充分吸收太赫茲波段的目標福射。
[0014]在本發(fā)明中，所述犧牲層材料為聚酰亞胺、二氧化硅、氧化的多孔硅和磷硅玻璃中的一種。
[0015]所述支撐層由單層薄膜構成或者多層薄膜構成，材料為氮化硅或二氧化硅，支撐層的厚度在0.2?I μ m之間。
[0016]所述緩沖層材料為金屬或者金屬合金或者非金屬材料；所述微橋頂部電極層材料為鎢、鉬、鋁、鎳、鈦或鉻或者任何一種它們的合金，優(yōu)選金。
[0017]按照本發(fā)明提供的微橋結構的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0018]①在帶有驅(qū)動電路的底層反射層上生長犧牲層，采用光刻刻蝕工藝圖形化犧牲層，使犧牲層圖案邊緣的斷面形狀呈現(xiàn)正梯形形狀，露出驅(qū)動電路的電路接口，其中犧牲層的材料為聚酰亞胺、二氧化硅、氧化的多孔硅和磷硅玻璃等；
[0019]②在已有犧牲層圖案的襯底上用AZ5214光刻制備金屬鋁緩沖層圖形，然后用磁控濺射法制備金屬鋁薄膜，鋁薄膜的厚度在0.3?1.5μπι范圍內(nèi)，最后用丙酮溶液在超聲條件下進行光刻膠的剝離，剝離后在片面留下鋁緩沖層圖形；
[0020]③在步驟②所得的器件上用PECVD設備及混頻濺射技術制作低應力的氮化硅支撐層，制備氮化硅層的厚度范圍在0.2?I μ m范圍內(nèi)，然后對該層薄膜進行光刻和刻蝕，刻蝕出支撐橋面圖形和紅外過濾屏蔽支撐層底部的圓柱，露出電極接口 ；
[0021]④在步驟③所得的器件上進行微橋頂部電極圖形的制備。用磁控濺射法制備NiCr薄膜，NiCr薄膜的厚度在0.05?I μ m范圍內(nèi)，用丙酮也在超聲條件下進行光刻膠的剝離，剝離后在片面留下NiCr電極圖形，要求頂部電極層與電極接口電連接；
[0022]⑤在已制備微橋電極層的襯底上用濺射設備制備敏感層薄膜，厚度為
0.005-0.1 μ m，然后對該層敏感層進行光刻和刻蝕，刻蝕出所需的薄膜圖形；
[0023]⑥在敏感圖形上用PECVD設備及混頻濺射技術制作低應力的氮化硅保護層，制備氮化硅層的厚度范圍在0.1?Iym范圍內(nèi)，然后對該層薄膜進行光刻和刻蝕，刻蝕出橋面的圖形；
[0024]⑦保護層氮化硅上用AZ5214光刻膠進行頂層金的方形十字架圖形的制備，然后用金屬熱蒸發(fā)法制備金屬圖形，圖形的厚度在0.05?0.15 μ m范圍內(nèi)，最后用丙酮也在超聲條件下進行光刻膠的剝離，剝離后在片面留下金屬的方形十字架圖形；
[0025]⑧在步驟⑦所得的器件上繼續(xù)生長犧牲層，犧牲層厚度為0.3?3μπι，同步驟①進行頂層犧牲的圖形化，并露出步驟③中支撐反射層底部圓柱形部分；
[0026]⑨在步驟⑧所得器件上使用PECVD設備及混頻濺射技術再次進行低應力氮化硅支撐層制備，其厚度范圍在0.2?I μ m，然后對該層薄膜進行光刻和刻蝕，刻蝕出支撐紅外屏蔽層的圖形；
[0027]⑩在氮化硅支撐層上進行紅外屏蔽層金屬圖形的制備，然后用磁控濺射法或蒸發(fā)法制備金屬薄膜，其厚度在0.05?0.1 μ m范圍，采用半導體工藝或剝離工藝實現(xiàn)金屬網(wǎng)格結構；
[0028](Q)用氧氣等離子體轟擊器件釋放犧牲層，形成微橋結構，然后進行封裝形成探測單元。
[0029]用作敏感層的氧化釩薄膜采用磁控濺射法制備；濺射時控制濺射功率為100?500W，氧分壓為0.5%?10%，濺射時間為5?60min，退火溫度為200?600°C。
[0030]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0031]本發(fā)明采用通過在非制冷紅外探測器的微橋結構上增加方形十字架結構來吸收太赫茲波，從而實現(xiàn)對太赫茲波的探測與成像；對于紅外噪聲影響探測，采用金屬網(wǎng)格結構對紅外進行屏蔽吸收；此種器件制備工藝成熟合理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1為太赫茲室溫探測器微橋結構頂層超材料類十字架結構示意圖。
[0033]圖2為探測器頂層紅外屏蔽層結構示意圖，灰色部分為金屬。
[0034]圖3中A?M為本發(fā)明的紅外屏蔽結構太赫茲室溫探測單元結構的簡單制備流程，其中圖3-A為已具有驅(qū)動電路的襯底，圖3-B為已具有底部驅(qū)動電路和反射層的襯底，圖3-C為制備好犧牲層圖形的襯底，圖3-D為制備出緩沖層圖形的襯底，圖3-E為制備好微橋支撐層和反射支撐層下部的襯底，圖3-F為制備好頂部電極層圖形的襯底，圖3-G為制備好氧化釩薄膜圖形的襯底，圖3-H為制備好氮化硅薄膜圖形的襯底，圖3-1為制備好十字架圖形的襯底，圖3-J為制備好反射層犧牲層的襯底，圖3-K為制備出反射層支撐層上部和橋面的襯底，圖3-L為沉積出紅外屏蔽結構的襯底，圖3-M為釋放掉兩次犧牲層后的器件結構剖面示意圖。
[0035]附圖標記:1為襯底、10為驅(qū)動電路、21為反射層、22為電路接口、23為底部犧牲層、24為緩沖層、25為微橋支撐層、26為微橋頂部電極、27為氧化釩薄膜、28為氮化硅薄膜、29為十字架層、30為頂層紅外屏蔽犧牲層、31為紅外屏蔽結構支撐層底部、32為紅外屏蔽結構支撐層頂部、33為金屬網(wǎng)格結構層。
[0036]圖4為紅外屏蔽層在太赫茲波段的透過率。
[0037]圖5為紅外屏蔽層在紅外波段的透過率。
[0038]圖6為紅外屏蔽層的仿真結構圖。
[0039]圖7是太赫茲室溫探測器在2.5THz處的吸收性能曲線，R為反射率，T為透過率，A為吸收率。
[0040]圖8為太赫茲室溫探測器在頻率2.5THz處的仿真結構圖。

【具體實施方式】
[0041]下面結合附圖以及實施例對本發(fā)明作進一步描述:
[0042]本發(fā)明提供一種集成紅外屏蔽結構的太赫茲波室溫探測單元結構，其特征在于:包括襯底1、驅(qū)動電路10、反射層21、底部犧牲層23、頂層紅外屏蔽犧牲層30，所述反射層設置在驅(qū)動電路10上，該驅(qū)動電路設有電路接口 22 ;所述底部犧牲層23制備在該帶有反射層的襯底上，在反射層由下而上依次制備有緩沖層24、微橋支撐層25和紅外屏蔽結構支撐層底部31、微橋頂部電極26，該微橋頂部電極與所述電路接口鏈接；在該微橋頂部電極和支撐層上由下而上依次制備有氧化釩薄膜、氮化硅層和十字架結構；所述頂層紅外屏蔽犧牲層30制備在該帶有微橋結構和十字架結構的襯底上,在十字架結構上層依次制備有紅外屏蔽結構支撐層頂部32，金屬網(wǎng)格結構33，該屏蔽結構支撐層與所述底部支撐層外端相連。
[0043]本發(fā)明所述的一種集成紅外屏蔽結構的太赫茲波室溫探測單元制備流程包括:在帶有驅(qū)動電路10的反射層21上進行犧牲層23的制備，并用光刻工藝形成犧牲層圖案，所形成的犧牲層圖案要露出底部電路接口 22 ;制備緩沖層24圖案，制備微橋支撐層25和紅外屏蔽結構支撐層底部31，并用光刻工藝形成支撐層圖案，露出電極接口 22 ;制備頂部電極層26，并用光刻工藝形成微橋頂部金屬電極圖案，要求微橋頂部電極與電極接口 22相連；制備用作敏感層的氧化釩薄膜27并將其圖形化；制備用作保護層的氮化硅薄膜28并將其圖形化；植被用作吸收太赫茲的十字架圖形29并將其圖形化；制備頂層紅外屏蔽結構犧牲層30，露出紅外屏蔽結構底部支撐層31 ;制備紅外屏蔽結構支撐層頂部32，所形成的支撐層結構與紅外屏蔽結構支撐層底部31相連；制備用作紅外屏蔽功能的金屬薄膜，并將其進行光刻圖形化后形成金屬網(wǎng)格結構32 ;在釋放兩部分犧牲層后，形成紅外屏蔽太赫茲輻射室溫探測單元。
[0044]微橋結構中，諧振腔的高度為1.5?3μπι，以充分吸收太赫茲波段的目標輻射；所述犧牲層材料為聚酰亞胺、二氧化硅、磷硅玻璃和氧化的多孔硅等，犧牲層可用等離子轟擊、反應離子刻蝕或者用化學試劑去除。支撐材料要求其具有一定的剛性保證微橋結構的穩(wěn)定性，具有低的應力保證微橋受熱形變較小，同時盡量選擇熱傳導較低的材料來制備橋面，所述支撐層有單層薄膜結構或者由多層薄膜構成，材料為二氧化硅或者氮化硅，支撐層的厚度在0.2?Ium之間。設置緩沖層的目的是減弱電路接口與頂部電極層之間的高度差，以方便底部電路和頂部金屬線的連接，所述緩沖層材料為金屬或者金屬合金或者非金屬材料；所述頂部電極層材料為鋁、鎢、鈦、鉬、鎳、鉻或者任何一種它們的合金。
[0045]氧化釩薄膜為具有高電阻溫度系數(shù)的無相變氧化釩薄膜，用作敏感層的氧化釩薄膜采用磁控濺射法制備；濺射時控制濺射功率為100?500W，氧分壓為0.5%?10%，濺射時間為5?60min，退火溫度為200?600°C。制備的氧化釩薄膜的電阻溫度系數(shù)為_2% /K?6% /K，厚度為lOOnm。
[0046]微橋上面十字架為太赫茲輻射吸收結構層。
[0047]以下通過實施例對本發(fā)明做進一步說明:
[0048]該微橋結構在已經(jīng)制備好底部驅(qū)動電路10的反射層21上展開，驅(qū)動電路10已經(jīng)留出電路接口 22，如圖3-B所示。
[0049]首先清洗襯底表面，去除表面沾污，并對襯底在200°C下烘烤，以去除表面水汽，增強粘接性能。用自動涂膠軌道進行光敏聚酰亞胺(犧牲層)的涂覆，通過轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)聚酰亞胺薄膜的厚度，對涂覆的光敏聚酰亞胺進行120°C的烘烤以除去部分膠內(nèi)的溶劑，利于曝光線條的整齊。采用NIKON光刻機對光敏聚酰亞胺進行曝光過程，經(jīng)過曝光的襯底送到自動顯影軌道進行膠的顯影，顯影液為標準的正膠顯影液TMAH。顯影后的光敏聚酰亞胺圖形呈現(xiàn)出雙橋墩孔圖案，如圖3-C所示。隨后將聚酰亞胺薄膜放置在用惰性保護的退火烘箱中進行亞胺化處理，亞胺化溫度設置為階段上升，最高溫度在250°C?400°C，恒溫時間為30?120min，亞胺化后的聚酰亞胺厚度為2 μ m。
[0050]采用AZ5214光刻進行金屬鋁緩沖層圖形的制備。首先將AZ5214光刻膠旋轉(zhuǎn)涂覆在襯底表面，然后進行掩膜曝光，曝光完成后用熱板烘烤(110°C，1.5min)讓曝光部分光刻膠發(fā)生變化，繼而進行泛曝光進程，然后顯影得到需要剝離的圖案。采用磁控濺射法制備金屬鋁薄膜，鋁薄膜的厚度為0.5μπι。然后用丙酮溶液在超聲條件下進行光刻膠的剝離。剝離后再片面留下如圖3-D所示的鋁緩沖層圖形。
[0051]采用PECVD設備及混頻濺射技術制作低應力的氮化硅支撐層，制備氮化硅層的厚度為0.2 μπι。然后對該層薄膜進行光刻和刻蝕，刻蝕出支撐橋面和紅外屏蔽結構支撐層下部的圖形。該層氮化硅在橋墩處的圖形部分覆蓋率緩沖層圖案，如圖3-Ε所示。
[0052]采用ΑΖ5214光刻膠進行NiCr頂部電極圖形的制備。首先將ΑΖ5214光刻膠旋轉(zhuǎn)涂覆在制備完襯底支撐層的襯底表面，然后進行掩膜曝光，曝光完成后再用熱板烘烤(110°c，
1.5min)然曝光部分的膠發(fā)生變化，繼而進行泛曝光進程，然后顯影得到需要剝離的圖案。采用磁控濺射法制備NiCr薄膜，NiCr薄膜的厚度為0.5 μ m。然后用丙酮也在超聲條件下進行光刻膠的剝離。剝離后再片面留下如圖3-F所示的NiCr電極圖形。該圖形與底層電路接口相連。
[0053]在制備好電極引線后，用濺射設備制備氧化釩薄膜用作太赫茲波的敏感層。濺射時控制濺射功率為100?500W，氧分壓為0.5%?10%，濺射時間為5?60min，退火溫度為200?600°C。制備的氧化釩薄膜的相變溫度為20?60°C，厚度為0.1 μ m。然后對該層氧化釩薄膜進行光刻和刻蝕，刻蝕出如圖3-G所示的上層氧化釩薄膜圖形。
[0054]在制備好氧化釩薄膜后，再采用PECVD設備及混頻濺射技術制作低應力的氮化硅保護層保護氧化釩薄膜，制備氮化硅層的厚度為0.1 μ m。然后對該層薄膜進行光刻和刻蝕，刻蝕出橋面的圖形。該層氮化硅在橋面處的圖形，如圖3-H所示。
[0055]在保護層氮化硅上用AZ5214光刻膠進行頂層金屬的十字架圖的制備，然后用金屬熱蒸發(fā)法制備金屬圖形，薄膜的厚度為0.1 μ m，最后用丙酮也在超聲條件下進行光刻膠的剝離，剝離后再片面留下金屬的十字架圖形，如圖3-1所示。
[0056]制備好金屬圖形后，再次對整個器件進行第二次犧牲層的制作。用自動涂膠軌道進行光敏聚酰亞胺(犧牲層)的涂覆，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)聚酰亞胺薄膜的厚度，對涂覆的光敏聚酰亞胺進行120°C下的烘烤以除去部分膠內(nèi)的溶劑，利于曝光線條的整齊。采用NIKON光刻機對光敏聚酰亞胺進行曝光過程，經(jīng)過曝光的襯底送到自動顯影軌道進行膠的顯影，顯影液為標準的正膠顯影液TMAH。顯影后的光敏聚酰亞胺圖形呈現(xiàn)出橋墩孔圖案，且在橋墩孔底部露出紅外屏蔽結構支撐層底部的上端，如圖3-1所示。隨后將聚酰亞胺薄膜放置在用惰性保護的退火烘箱中進行亞胺化處理，亞胺化溫度設置為階段上升，最高溫度在250°C?400°C，恒溫時間為30?120min，亞胺化后的聚酰亞胺厚度為3 μ m。
[0057]采用PECVD設備及混頻濺射技術制作低應力的氮化硅支撐層，制備氮化硅層的厚度為0.2 μ m,將此氮化娃支撐層與底層紅外屏蔽結構支撐層連接起,形成紅外屏蔽結構支撐層，如圖3-J所示。
[0058]在紅外屏蔽結構支撐層上用AZ5214光刻膠進行頂層金屬網(wǎng)格結構圖形掩膜的制備，然后用金屬熱蒸發(fā)法制備金屬圖形，薄膜的厚度為0.1 μ m，最后用丙酮也在超聲條件下進行光刻膠的剝離，剝離后再片面留下金屬的網(wǎng)格結構圖形，如圖3-K所示。
[0059]用氧氣等離子體轟擊器件，將已經(jīng)亞胺化的光敏聚酰亞胺(犧牲層)去除，形成具有氮化硅橋面支撐結構的紅外屏蔽太赫茲輻射探測單元，該探測單元的剖面示意圖如圖3-M所示。
【權利要求】
1.一種集成紅外屏蔽結構的太赫茲波室溫探測單元，用于太赫茲波段的探測成像，其特征在于:結構包括頂層、第二層、底層；頂層為紅外屏蔽結構，第二層為復合薄膜微橋橋面，底層為一個厚金屬平面；頂層與第二層之間為頂層紅外屏蔽犧牲層(30)，第二層與底層之間為底層犧牲層(23)。
2.根據(jù)權利要求1所述的集成紅外屏蔽結構的太赫茲波室溫探測單元，其特征在于:頂層的紅外屏蔽結構由金屬網(wǎng)格結構層(33)和紅外屏蔽支撐層(32)構成；金屬網(wǎng)格結構層(33)是由金屬薄膜形成的柵格或網(wǎng)格結構，，該網(wǎng)格結構制作在紅外屏蔽支撐層(32)之上；紅外屏蔽支撐層(32)制作于頂層紅外屏蔽犧牲層(30)之上；該紅外屏蔽結構與紅外屏蔽結構底部支撐層(31)相連，并受到紅外屏蔽結構底部支撐層(31)的支撐作用形成空腔結構。
3.根據(jù)權利要求1所述的集成紅外屏蔽結構的太赫茲波室溫探測單元，其特征在于:所述復合薄膜微橋橋面位于頂層紅外屏蔽犧牲層(30)和底層犧牲層(23)之間，其由上到下主要包括頂層吸收層(29)、鈍化保護層(28)、敏感層(27)、頂部電極(26)、支撐層(25)；所述頂層吸收層(29)為亞波長結構金屬圖形的方形十字架結構電磁諧振器；其長度決定吸收器的諧振頻率。
4.根據(jù)權利要求1所述的集成紅外屏蔽結構的太赫茲波室溫探測單元，其特征在于:所述底層厚金屬平面位于襯底讀出電路(21)和底層犧牲層(23)之間，形成太赫茲波的反射；讀出電路(21)及與微橋結構的接口(22)設于襯底(I)上。
5.根據(jù)權利要求2所述的集成紅外屏蔽結構的太赫茲波室溫探測單元，其特征在于:所述的頂層金屬網(wǎng)格結構材料為金、鋁、鈦、銅、鎳或鉻及其合金；金屬網(wǎng)格結構厚度為0.05~0.15 μ m,長度和寬度為3-8 μ m ;金屬網(wǎng)格結構在紅外波段透過率為不超過0.08 %，在l-5THz波段透過率不少于80%，在2-3THz波段透過率不少于90%。
6.根據(jù)權利要求3所述的集成紅外屏蔽結構的太赫茲波室溫探測單元，其特征在于，所述的方形十字架結構材料為金、鋁、鈦、銅、鎳或鉻及其合金；所述方形十字架結構的厚度為0.05~0.15 μ m,長度為30~80 μ m，寬為2~5 μ m，吸收太赫茲頻率為I~3THz中的特定頻點，且在該頻點的吸收效率超過95%，該頻點為中心帶寬為0.1THz吸收效率超過50%。
7.根據(jù)權利要求1所述的集成紅外屏蔽結構的太赫茲波室溫探測單元，其特征在于，所述的頂層紅外屏蔽犧牲層(30)厚度為0.3-3μπι，底層犧牲層(23)厚度為0.3-2μπι;復合薄膜微橋橋面和底層犧牲層去除后形成的空腔一起構成高度為1.5-3 μ m諧振腔。
8.根據(jù)權利要求1所述的集成紅外屏蔽結構的太赫茲波室溫探測單元，其特征在于，底層厚金屬平面的厚度大于0.3 μ m，金屬材料為金、鋁、鈦、銅、鎳或鉻及其合金，金屬表面粗糙度低于0.01 μ m。
9.一種制備權利要求1-8任一所述集成紅外屏蔽結構的太赫茲波室溫探測單元的方法，其特征在于，包括以下步驟: ①在帶有驅(qū)動電路的底層反射層上生長底層犧牲層，采用光刻刻蝕工藝圖形化底層犧牲層，使底層犧牲層圖案邊緣的斷面形狀呈現(xiàn)正梯形形狀，露出驅(qū)動電路的電路接口，其中底層犧牲層的材料為聚酰亞胺、二氧化硅或氧化的多孔硅和磷硅玻璃； ②在已有底層犧牲層圖案的襯底上用AZ5214光刻制備金屬鋁緩沖層圖形，然后用磁控濺射法制備金屬鋁薄膜，鋁薄膜的厚度在0.3~1.5μπι范圍內(nèi)，最后用丙酮溶液在超聲條件下進行光刻膠的剝離，剝離后在片面留下鋁緩沖層圖形； ③在步驟②所得的器件上用PECVD設備及混頻濺射技術制作低應力的氮化硅支撐層，制備氮化硅層的厚度范圍在0.2~I μ m范圍內(nèi)，然后對該層薄膜進行光刻和刻蝕，刻蝕出支撐橋面圖形和紅外過濾屏蔽支撐層底部的圓柱，露出電極接口 ； ④在步驟③所得的器件上進行微橋頂部電極圖形的制備；用磁控濺射法制備NiCr薄膜，NiCr薄膜的厚度在0.05~I μ m范圍內(nèi)，用丙酮也在超聲條件下進行光刻膠的剝離，剝離后在片面留下NiCr電極圖形，要求頂部電極層與電極接口電連接； ⑤在已制備微橋電極層的襯底上用濺射設備制備敏感層薄膜，厚度為0.005-0.1 μ m,然后對該層敏感層進行光刻和刻蝕，刻蝕出所需的薄膜圖形； ⑥在薄膜圖形上用PECVD設備及混頻濺射技術制作低應力的氮化硅保護層，制備氮化硅層的厚度范圍在0.1~Iym范圍內(nèi)，然后對該層薄膜進行光刻和刻蝕，刻蝕出橋面的圖形； ⑦保護層氮化硅上用AZ5214光刻膠進行頂層的方形十字架圖形的制備，然后用金屬熱蒸發(fā)法制備金屬圖形，圖形的厚度在0.05~0.15 μ m范圍內(nèi)，最后用丙酮也在超聲條件下進行光刻膠的剝離，剝離后在片面留下金屬的方形十字架圖形； ⑧在步驟⑦所得的器件上繼續(xù)生長犧牲層，犧牲層厚度為0.3~3μπι，同步驟①進行頂層犧牲的圖形化，并露出步驟③中支撐反射層底部圓柱形部分； ⑨在步驟⑧所得器件上使用PECVD設備及混頻濺射技術再次進行低應力氮化硅支撐層制備，其厚度范圍在0.2~I μ m，然后對該層薄膜進行光刻和刻蝕，刻蝕出支撐紅外屏蔽層的圖形； ⑩在氮化硅支撐層上進行紅外屏蔽層金屬圖形的制備，然后用磁控濺射法或蒸發(fā)法制備金屬薄膜，其厚度在0.05~0.1 μπι范圍，采用半導體工藝或剝離工藝實現(xiàn)金屬網(wǎng)格結構； 用氧氣等離子體轟擊器件釋放犧牲層，形成微橋結構，然后進行封裝形成探測單元。
【文檔編號】H01L31/101GK104078526SQ201410317837
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月5日 優(yōu)先權日:2014年5月14日
【發(fā)明者】王軍, 吳雪飛, 張也馳, 茍君, 吳志明, 蔣亞東 申請人:電子科技大學