一种红外探测器及其制作方法技术

本申请公开了一种红外探测器及其制作方法，其中，所述红外探测器包括：衬底，所述衬底上设置有反射部，所述衬底上悬空设置有微桥，所述衬底与所述微桥围成的空腔形成光学谐振腔；所述微桥具有热敏层，所述热敏层上设置有图形化薄膜；红外光从所述图形化薄膜向所述衬底入射。所述红外探测器能够基于表面等离子体增强吸收原理，并利用周期性的图形化薄膜(如金属薄膜)，可以同时实现针对红外光中波和长波的探测；通过综合热敏层、光学谐振腔以及表面等离子体增强效应的共同作用，提高所述红外探测器同时针对红外光中波和长波的吸收率及器件性能，为用户提供更为全面准确的探测信息。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及微电子
，更具体地说，涉及一种红外探测器及其制作方法。
技术介绍
红外成像系统是依靠目标与背景的辐射产生景物图像的系统，能24小时全天候工作，并能透过伪装探测出隐蔽的热目标。红外探测器是红外成像系统的核心组件，能够依光电效应和热电效应将入射的红外光信号转变化电信号输出。目前应用的红外探测器有多种类型，其中利用微测辐射热技术制作的红外探测器，将微机电系统(Micro-Electro-MechanicalSystem，MEMS)工艺和器件结构结合，具有良好的发展前景。由于在大气环境中，目标物体的红外辐射仅能在1～2.5μm、3～5μm和8～14μm三个窗口内才能有效地传输。如何针对此波段范围内的红外光进行探测成为本领域亟待解决的问题。当前非制冷红外成像波段主要集中在长波红外波段(8μm～14μm)，而成像波段位于中波红外波段(3μm～5μm)的产品比较少，因此探测器的探测目标、范围和精度都受到了很大的限制。由于长波红外成像和中波红外成像各具优点，且提供不同的光谱信息，人们就开始探索是否可以研发一种能够同时实现在中波红外和长波红外两个波段内均能获取目标物体的信息的红外探测器。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种红外探测器及其制作方法，以实现同时在中波红外和长波红外两个波段内均能获取目标物体信息的红外探测器的目的。为实现上述技术目的，本专利技术实施例提供了如下技术方案：一种红外探测器，包括：衬底；位于所述衬底表面的反射部；位于所述反射部背离所述衬底一侧，且悬空设置的微桥，所述衬底与所述微桥围成的空腔形成光学谐振腔；所述微桥包括：沿所述光学谐振腔向背离所述衬底一侧方向上依次设置的支撑层、热敏层和钝化层；位于所述钝化层背离所述衬底一侧的图形化薄膜；其中，所述图形化薄膜用于对入射的红外光进行表面等离子体增强吸收；所述光学谐振腔及所述反射部用于将入射至所述衬底表面的红外光反射至所述热敏层；所述热敏层用于对所述图形化薄膜吸收的红外光以及反射的红外光的能量进行吸收并转化为电信号输出。可选的，所述支撑层的材料为氮化硅或氧化硅或碳化硅，其厚度的取值范围为50nm～250nm，包括端点值；所述热敏层的材料为氧化钒或氧化钛或非晶硅或非晶锗或非晶锗硅或锗硅氧化物，其厚度的取值范围为30nm～200nm，包括端点值；所述钝化层的材料为氮化硅或氧化硅或碳化硅，其厚度的取值范围为50nm～250nm，包括端点值。可选的，所述光学谐振腔位于所述反射部与所述支撑层之间，所述反射部与所述支撑层之间的距离的取值范围为10nm～1μm，包括端点值。可选的，所述反射部与所述支撑层之间的距离的取值范围为300nm～700nm，包括端点值。可选的，所述图形化薄膜的材料为预设金属材料；所述预设金属材料为能够产生表面等离子体增强吸收效应的金属或合金。可选的，所述预设金属材料为金、银、铝、铂、镍、钛和钨中的至少一种。可选的，所述图形化薄膜为呈周期性排列分布的图形。可选的，所述呈周期性排列分布的图形为阵列式分布的图形或者间插式分布的图形。可选的，所述呈周期性排列分布的图形包括圆形、三角形、矩形、多边形中的至少一种。可选的，所述圆形的直径的取值范围为1.5μm～2.1μm，包括端点值。可选的，所述圆形的周期的取值范围为1μm～3μm，包括端点值；所述圆形的周期指相邻圆形的圆心之间的距离。可选的，所述图形化薄膜的厚度的取值范围为50nm～150nm，包括端点值。一种红外探测器的制作方法，包括：提供衬底；在所述衬底表面形成反射层；在所述反射层背离所述衬底一侧形成牺牲层；在所述牺牲层背离所述衬底一侧形成支撑层；在所述支撑层背离所述衬底一侧形成热敏层并图形化；在所述热敏层背离所述衬底一侧形成钝化层；在所述微桥背离所述衬底一侧形成图形化薄膜；刻蚀出微桥，并去除所述牺牲层，以便释放所述微桥。可选的，所述牺牲层的材料包括聚酰亚胺、二氧化硅、多晶硅中的任一种。可选的，所述热敏层的材料包括氧化钒、氧化钛、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅或锗硅氧化物。可选的，所述钝化层的材料包括氮化硅、氧化硅、氮氧化硅和碳化硅中的任一种；所述支撑层的材料包括氮化硅、氧化硅、氮氧化硅和碳化硅中的任一种。从上述技术方案可以看出，本专利技术实施例提供了一种红外探测器及其制作方法，所述红外探测器的图形化薄膜能够实现对红外光表面等离子体增强吸收，配合所述反射部和所述光学谐振腔的共同作用，能够提高所述红外探测器同时针对中波红外和长波红外的吸收率及器件性能，为用户提供了更为全面准确的探测信息。并且所述红外探测器对长波红外波段的吸收特性可以通过控制所述光学谐振腔的高度区间进行调制，对中波红外波段的吸收特性可以通过对所述图形化薄膜的图形分布及尺寸选择进行调制。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本申请的一个实施例提供的红外探测器的一种结构示意图；图2为本申请的一个具体实施例提供的红外探测器的一种详细结构示意图图3为本申请的一个实施例提供的红外探测器的吸收光谱示意图；图4(a)和图4(b)为本申请的一个实施例提供的红外探测器的吸收率光谱随入射角变化示意图；图4(c)为本申请的一个实施例提供的红外探测器的吸收率随红外光波长的吸收曲线；图5(a)为本申请的一个实施例提供的红外探测器中的图形化金属薄膜的结构的截面示意图；图5(b)为本申请的一个实施例提供的红外探测器中的图形化金属薄膜的结构的俯视示意图；图6(a)、(b)、(c)和(d)为本申请的一个实施例提供的红外探测器中的图形化金属薄膜中的图形分布示意图；图7为本申请的一个实施例提供的一种红外探测器的制作方法的流程示意图；图8为本申请的一个具体实施例提供的一种红外探测器的制作方法的流程示意图；图9为本申请的一个实施例提供的红外探测器的使用方法的一种流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本申请实施例提供了一种红外探测器，如图1所示，包括：衬底10；位于所述衬底10表面的反射部20；位于所述反射部20背离所述衬底10一侧，且悬空设置的微桥30，所述衬底10与所述微桥30围成的空腔形成光学谐振腔40；所述微桥30包括：沿所述光学谐振腔40向背离所述衬底10一侧方向上依次设置的支撑层31、热敏层32和钝化层33；位于所述钝化层33背离所述衬底10一侧的图形化薄膜50；其中，所述图形化薄膜50的形成，使得所述图形化薄膜50与所述钝化层33之间的界面，产生表面等离子体激元效应，该效应促使红外光的吸收增强；所述光学谐振腔40及所述反射部20用于将入射至所述衬底10表面的红外光反射至所述热敏层32；所述热敏层32用于对所述图形化薄膜50吸收的红外光以及反射的红外光的能量进行吸收并转化为电信号输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红外探测器，其特征在于，包括：衬底；位于所述衬底表面的反射部；位于所述反射部背离所述衬底一侧，且悬空设置的微桥，所述衬底与所述微桥围成的空腔形成光学谐振腔；所述微桥包括：沿所述光学谐振腔向背离所述衬底一侧方向上依次设置的支撑层、热敏层和钝化层；位于所述钝化层背离所述衬底一侧的图形化薄膜；其中，所述图形化薄膜用于对入射的红外光进行表面等离子体增强吸收；所述光学谐振腔及所述反射部用于将入射至所述衬底表面的红外光反射至所述热敏层；所述热敏层用于对所述图形化薄膜吸收的红外光以及反射的红外光的能量进行吸收并转化为电信号输出。

【技术特征摘要】
1.一种红外探测器，其特征在于，包括：衬底；位于所述衬底表面的反射部；位于所述反射部背离所述衬底一侧，且悬空设置的微桥，所述衬底与所述微桥围成的空腔形成光学谐振腔；所述微桥包括：沿所述光学谐振腔向背离所述衬底一侧方向上依次设置的支撑层、热敏层和钝化层；位于所述钝化层背离所述衬底一侧的图形化薄膜；其中，所述图形化薄膜用于对入射的红外光进行表面等离子体增强吸收；所述光学谐振腔及所述反射部用于将入射至所述衬底表面的红外光反射至所述热敏层；所述热敏层用于对所述图形化薄膜吸收的红外光以及反射的红外光的能量进行吸收并转化为电信号输出。2.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述支撑层的材料为氮化硅或氧化硅或碳化硅，其厚度的取值范围为50nm～250nm，包括端点值；所述热敏层的材料为氧化钒或氧化钛或非晶硅或非晶锗或非晶锗硅或锗硅氧化物，其厚度的取值范围为30nm～200nm，包括端点值；所述钝化层的材料为氮化硅或氧化硅或碳化硅，其厚度的取值范围为50nm～250nm，包括端点值。3.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述光学谐振腔位于所述反射部与所述支撑层之间，所述反射部与所述支撑层之间的距离的取值范围为10nm～1μm，包括端点值。4.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述反射部与所述支撑层之间的距离的取值范围为300nm～700nm，包括端点值。5.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述图形化薄膜的材料为预设金属材料；所述预设金属材料为能够产生表面等离子体增强吸收效应的金属或合金。6.根据权利要求5所述的红外探测器，其特征在于，所述预设金属材料为金、银、铝、铂、镍、钛和钨中的至少一种。...

【专利技术属性】
技术研发人员：张紫辰，王晓峰，潘岭峰，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11