一种非制冷宽波段红外探测器制造技术

技术编号:14067290 阅读:77 留言:0更新日期:2016-11-28 13:23
本发明专利技术公开了一种非制冷宽波段红外探测器,其单元器件包括硅基底、支撑层、金属电极、宽波段红外吸收层、热敏感层及悬空孔;热敏感层置于宽波段红外吸收层上方或下方的中间;金属电极置于热敏感层的两旁、宽波段红外吸收层两端的上方;支撑层置于硅基底上方,悬空孔置于硅基底和支撑层的中间,并穿透了硅基底和支撑层,宽波段红外吸收层和热敏感层均置于支撑层上方且完全覆盖支撑层中间的悬空孔的上端开口。本发明专利技术的宽波段红外吸收层和热敏感层共同组成红外敏感层,并结合悬空结构,可极大提高探测器的性能。解决了现有非制冷宽波段红外探测器工艺复杂、红外吸收波段窄、红外吸收率低等问题,实现非制冷宽波段、低成本、高灵敏度红外探测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光电领域,涉及一种非制冷宽波段红外探测器
技术介绍
红外探测器是现代国防军事的重要技术,方便官兵在夜晚、烟雾、雾天中的观察作战。目前广泛应用的红外探测器技术包括制冷和非制冷两类,其中制冷型红外成像由于需要复杂的制冷设备,而导致系统笨重,不易于单兵作战。非制冷红外成像技术起步较晚,但是发展迅速,其中以氧化钒为敏感单元的非制冷红外探测器技术已广泛应用于国防军事领域。但是,氧化钒自身的吸光性能较差,需要借助氮化硅等红外吸收材料以及复杂的光学腔体结构。此外,传统的非制冷宽波段红外探测器的探测波段单一(8~14μm),不能实现宽波段(3~14μm)。现有非制冷宽波段红外探测器结构复杂、工艺复杂、红外吸收波段窄、红外吸收率低,尤其在3~5μm波段的非制冷红外探测技术发展缓慢。其中,宽波段红外吸收材料是关键。因此,必须针对基于石墨烯的微测辐射热计,必须设计工艺简单、合理的器件结构,实现宽波段非制冷红外探测。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述
技术介绍
的不足,提供一种非制冷宽波段红外探测器,采用背面刻蚀工艺制作的通孔作为悬空孔,优化红外吸收材料与热敏弹性体的材料、结构与位置,实现低成本、高性能宽波段非制冷红外探测。本专利技术所涉及的一种非制冷宽波段红外探测器,其单元器件包括硅基底101、支撑层102、金属电极103、宽波段红外吸收层104、热敏感层105以及悬空孔106;宽波段红外吸收层104置于热敏感层105上方或者下方,且热敏感层105位于宽波段红外吸收层104的中间并与其相接触;金属电极103置于热敏感层105的两旁、宽波段红外吸收层104两端的上方,并与宽波段红外吸收层104相接触;支撑层102置于硅基底101上方,悬空孔106置于硅基底101和支撑层102的中间,并且穿透了硅基底101和支撑层102,宽波段红外吸收层104和热敏感层105均置于支撑层102上方且完全覆盖了支撑层102中间的悬空孔106的上端开口;宽波段红外吸收层104采用三维碳纳米材料,同时作为导电层,热敏感层105采用热敏弹性体;宽波段红外吸收层104和热敏感层105共同组成红外敏感层;宽波段红外吸收层104厚度为5nm~2μm;悬空孔106的上端开口大小为5μm×5μm~500μm×500μm;支撑层102厚度为20nm~2μm;热敏感层105厚度为50nm~10μm;金属电极103厚度为50nm~200nm;单元器件的大小尺寸为7μm×7μm~1000μm×1000μm,宽波段红外吸收层104的填充因子为42%~94%,即宽波段红外吸收层104的大小与单元器件的大小比例为42%~94%。进一步,所述单元器件以n×m阵列排列,n和m均为≥1的整数。进一步,所述三维碳纳米材料为碳纳米管、石墨烯纳米墙、三维结构化碳纳米薄膜或者碳纳米材料与聚合物形成的三维多孔复合材料。进一步,所述硅基底101为常规半导体硅片。进一步,所述支撑层102为氮化硅或二氧化硅中的一种。进一步,所述热敏弹性体具有良好的热变形性能,为PDMS、TPU、Ecoflex、紫外固化胶、硅橡胶或聚氨酯橡胶。进一步,所述金属电极103为金、银、铝、铜或钛金属中的一种。进一步,本专利技术所涉及的一种非制冷宽波段红外探测器的制备方法如下所述。当宽波段红外吸收层104置于热敏感层105上方时,非制冷宽波段红外探测器的制备方法如下:步骤一、在硅基底101正面沉积支撑层102,厚度为20nm~2μm;步骤二、在硅基底101背面制备以n×m阵列排列的悬空孔106,n和m均为≥1的整数,形成了n×m个单元,悬空孔106位于每个单元的中间,悬空孔106穿透了硅基底101,单元的大小尺寸为7μm×7μm~1000μm×1000μm;悬空孔的上端开口大小为5μm×5μm~500μm×500μm;步骤三、在支撑层102表面沉积热敏弹性体,并以n×m阵列图形化刻蚀热敏弹性体,得到了在每个单元内完全覆盖了悬空孔106的热敏感层105,厚度为50nm~10μm。步骤四、在热敏感层105上转移或沉积三维碳纳米材料,并以n×m阵列图形化刻蚀三维碳纳米材料,得到宽波段红外吸收层104,厚度为5nm~2μm;每个单元内热敏感层105位于宽波段红外吸收层104的中间;每个单元内宽波段红外吸收层104的填充因子为42%~94%;即每个单元内宽波段红外吸收层104的大小与单元的大小比例为42%~94%。三维碳纳米材料为碳纳米管、石墨烯纳米墙、三维结构化碳纳米薄膜或者碳纳米材料与聚合物形成的三维多孔复合材料;碳纳米管、石墨烯纳米墙在热敏感层105上直接沉积或者先生长后转移至热敏感层105上;三维结构化碳纳米薄膜通过真空镀膜的方法直接在热敏感层105上沉积;碳纳米材料与聚合物形成的三维多孔复合材料通过旋涂、印刷、喷墨打印或喷涂方式沉积在热敏感层105上。步骤五、通过真空蒸镀及光刻、剥离的微纳加工方法在每个单元内热敏感层105的两旁、宽波段红外吸收层104两端沉积金属电极103,厚度为50nm~200nm;步骤六、从硅基底101背面通过已有的悬空孔106刻蚀支撑层102,得到穿透硅基底101和支撑层102的悬空孔106。当宽波段红外吸收层104置于热敏感层105下方时,非制冷宽波段红外探测器的制备方法如下:步骤一、在硅基底101正面沉积支撑层102,厚度为20nm~2μm;步骤二、在硅基底101背面制备以n×m阵列排列的悬空孔106,n和m均为≥1的整数,形成了n×m个单元,悬空孔106位于每个单元的中间,悬空孔106穿透了硅基底101,单元的大小尺寸为7μm×7μm~1000μm×1000μm;悬空孔的上端开口大小为5μm×5μm~500μm×500μm;步骤三、在支撑层102表面转移或沉积三维碳纳米材料,并以n×m阵列图形化刻蚀三维碳纳米材料,得到宽波段红外吸收层104,厚度为5nm~2μm;每个单元内宽波段红外吸收层104完全覆盖了悬空孔106,每个单元内的宽波段红外吸收层104的填充因子为42%~94%;即每个单元内宽波段红外吸收层104的大小与单元的大小比例为42%~94%。三维碳纳米材料为碳纳米管、石墨烯纳米墙、三维结构化碳纳米薄膜或者碳纳米材料与聚合物形成的三维多孔复合材料;碳纳米管、石墨烯纳米墙通过化学气相沉积的方法直接在支撑层102表面沉积或者转移至支撑层102上;三维结构化碳纳米薄膜通过真空镀膜的方法直接在支撑层102上沉积;碳纳米材料与聚合物形成的三维多孔复合材料通过旋涂、印刷、喷墨打印或喷涂方式沉积在支撑层102上。步骤四、通过真空蒸镀及光刻、剥离的微纳加工方法在每个单元内宽波段红外吸收层104两端沉积金属电极103,厚度为50nm~200nm;步骤五、在宽波段红外吸收层104中间的表面沉积热敏弹性体,并以n×m阵列图形化刻蚀热敏弹性体,得到了在每个单元内完全覆盖了悬空孔106的热敏感层105,厚度为50nm~10μm。每个单元内热敏感层105位于宽波段红外吸收层104的中间,金属电极103在热敏感层105的两旁;步骤六、从硅基底101背面通过已有的悬空孔106刻蚀支撑层102,得到穿透硅基底101和支撑层102的悬空孔106。本专利技术所述红外探测器灵敏度高、结构简单、工艺简单、成本文档来自技高网...
一种非制冷宽波段红外探测器

【技术保护点】
一种非制冷宽波段红外探测器,其特征在于,其单元器件包括硅基底(101)、支撑层(102)、金属电极(103)、宽波段红外吸收层(104)、热敏感层(105)以及悬空孔(106);宽波段红外吸收层(104)置于热敏感层(105)上方或者下方,且热敏感层(105)位于宽波段红外吸收层(104)的中间并与其相接触;金属电极(103)置于热敏感层(105)的两旁、宽波段红外吸收层(104)两端的上方,并与宽波段红外吸收层(104)相接触;支撑层(102)置于硅基底(101)上方,悬空孔(106)置于硅基底(101)和支撑层(102)的中间,并且穿透了硅基底(101)和支撑层(102),宽波段红外吸收层(104)和热敏感层(105)均置于支撑层(102)上方且完全覆盖了支撑层(102)中间的悬空孔(106)的上端开口;宽波段红外吸收层(104)采用三维碳纳米材料,同时作为导电层,热敏感层(105)采用热敏弹性体;宽波段红外吸收层(104)和热敏感层(105)共同组成红外敏感层;宽波段红外吸收层(104)厚度为5nm~2μm;悬空孔(106)的上端开口大小为5μm×5μm~500μm×500μm;支撑层(102)厚度为20nm~2μm;热敏感层(105)厚度为50nm~10μm;金属电极(103)厚度为50nm~200nm;单元器件的大小尺寸为7μm×7μm~1000μm×1000μm,宽波段红外吸收层(104)的填充因子为42%~94%。...

【技术特征摘要】
1.一种非制冷宽波段红外探测器,其特征在于,其单元器件包括硅基底(101)、支撑层(102)、金属电极(103)、宽波段红外吸收层(104)、热敏感层(105)以及悬空孔(106);宽波段红外吸收层(104)置于热敏感层(105)上方或者下方,且热敏感层(105)位于宽波段红外吸收层(104)的中间并与其相接触;金属电极(103)置于热敏感层(105)的两旁、宽波段红外吸收层(104)两端的上方,并与宽波段红外吸收层(104)相接触;支撑层(102)置于硅基底(101)上方,悬空孔(106)置于硅基底(101)和支撑层(102)的中间,并且穿透了硅基底(101)和支撑层(102),宽波段红外吸收层(104)和热敏感层(105)均置于支撑层(102)上方且完全覆盖了支撑层(102)中间的悬空孔(106)的上端开口;宽波段红外吸收层(104)采用三维碳纳米材料,同时作为导电层,热敏感层(105)采用热敏弹性体;宽波段红外吸收层(104)和热敏感层(105)共同组成红外敏感层;宽波段红外吸收层(104)厚度为5nm~2μm;悬空孔(106)的上端开口大小为5μm×5μm~500μm×500μm;支撑层...

【专利技术属性】
技术研发人员:杨俊魏兴战汤林龙史浩飞杜春雷
申请(专利权)人:中国科学院重庆绿色智能技术研究院
类型:发明
国别省市:重庆;50

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