一种非制冷红外焦平面阵列探测器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种非制冷红外焦平面阵列探测器，涉及红外探测器技术领域。其包括：硅衬底、桥面层、四锚柱支撑的桥臂层；桥面层设置有热敏感层和红外热辐射吸收层，桥臂层设置有钝化层和金属导电层，硅衬底设置有读出电路和金属反射层；桥面层与桥臂层相互平行设置并通过支撑柱连接，桥臂层悬空设置在硅衬底上且通过四个锚柱与硅衬底连接；桥面层和桥臂层之间具有第一真空间隙层；桥臂层和硅衬底之间具有第二真空间隙层。本实用新型专利技术提供的一种非制冷红外焦平面阵列探测器，可以增加探测器桥臂热绝缘性能，提高红外吸收层的有效面积，通过四锚柱支撑保证多层结构的平整性，稳定性，从而实现更低、均匀的探测能力。

An Uncooled Infrared Focal Plane Array Detector

The utility model provides an uncooled infrared focal plane array detector, which relates to the technical field of infrared detectors. It includes: the bridge arm layer supported by silicon substrate, bridge deck layer and four anchor pillars; the bridge deck layer is equipped with thermal sensitive layer and infrared thermal radiation absorption layer, the bridge arm layer is equipped with passivation layer and metal conductive layer, the silicon substrate is equipped with readout circuit and metal reflective layer; the bridge deck layer and Bridge arm layer are set parallel to each other and connected through the support pillars, and the bridge arm layer is cantilevered on the silicon substrate and through four anchor pillars. There is a first vacuum gap layer between the bridge deck layer and the bridge arm layer, and a second vacuum gap layer between the bridge arm layer and the silicon substrate. The uncooled infrared focal plane array detector provided by the utility model can increase the thermal insulation performance of the bridge arm of the detector, improve the effective area of the infrared absorption layer, ensure the smoothness and stability of the multi-layer structure through four anchor pillars, and thus achieve lower and uniform detection capability.

【技术实现步骤摘要】
一种非制冷红外焦平面阵列探测器
本技术涉及红外探测器
，特别是涉及一种非制冷红外焦平面阵列探测器。
技术介绍
任何物体在绝对零度以上都会向外界发射红外电磁热辐射，这种辐射的光波范围约是0.8～1000μm，并不能为人眼所直接看见。能够探测红外光波的红外辐射探测器，按探测原理分为光子型和热敏电阻型探测器。光子型需要工作在液氮（约77K）制冷的环境中，而热敏电阻型探测器通常工作在室温下，多个该种探测器单元pixel以二维阵列的形式（例如384×288、640×480）排列在芯片衬底上，则构成了室温红外焦平面阵列探测器（IRFPA）。对于室温式红外探测器，工作典型波段为：8～14μm。在常温下（300K），黑体辐射的发射谱中心波长正好在10μm波段附近；并且人体以及环境中温度相近的其它物体所发射的红外热辐射，38%的能量集中在波长8～14μm范围内，该波段更适合强烈阳光、漆黑夜晚或者恶劣天气下的探测需要。对于室温式红外焦平面阵列探测器，探测器反映外界目标温度信息的探测机理是：目标发出含有自身温度信息的红外光波热辐射，被探测器的桥面红外吸收层所吸收，由于桥臂的热绝缘作用，热敏感层被加热导致温度上升，进而引起热敏感层的电阻值（或者电阻率）发生变化，这种变化由衬底上电路读出。传统的室温式红外探测器像元为单层结构，即桥面层、桥臂层分置于一个平面上，使得：1、红外吸收层填充比率不高，一般在65%以下，不能吸收更多的红外辐射能量；2、起到热绝缘作用的桥臂长度有限，限制了探测器的绝热能力，红外吸收的辐射能量较多散失。随著探测器像元的尺寸从25μm×25μm、17μm×17μm变化到12μm×12μm，甚至10μm×10μm或者更小，红外吸收量、桥臂的热绝缘作用就越来越显著、关键。
技术实现思路
本技术的一个目的是要提供一种非制冷红外焦平面阵列探测器，以增加探测器桥臂热绝缘性能，提高红外吸收层的有效面积。本技术的另一个目的是要提供一种非制冷红外焦平面阵列探测器，通过四锚柱支撑保证多层结构的平整性，稳定性，从而实现更低、均匀的探测能力。特别地，本技术提供了一种非制冷红外焦平面阵列探测器，包括：硅衬底、桥面层、四锚柱支撑的桥臂层；所述桥面层设置有热敏感层和红外热辐射吸收层，所述桥臂层设置有钝化层和金属导电层，所述硅衬底设置有读出电路和金属反射层；所述桥面层与所述桥臂层相互平行设置并通过支撑柱连接，所述桥臂层悬空设置在所述硅衬底上且通过四个锚柱与所述硅衬底连接；所述桥面层和所述桥臂层之间具有第一真空间隙层；所述桥臂层和所述硅衬底之间具有第二真空间隙层。可选地，所述第一真空间隙层高度为0.5～2.5μm。可选地，所述第二真空间隙层高度为0.5～2.5μm。可选地，所述桥臂层为若干个“几”字形回折结构的桥臂组成。可选地，所述桥面层的热敏感层的材料为氧化钒、氧化钛、非晶锗硅或非晶硅中的一种。可选地，所述红外热辐射吸收层的材料为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的一种。可选地，所述红外热辐射吸收层的红外热辐射波段为8～14μm。可选地，所述钝化层为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的一种。可选地，所述金属导电层为钛、钛/氮化钛、镍铬合金、或钛铝钒合金中的一种。可选地，所述金属反射层的材料是金、铝、钛/铝、或镍铬合金中的一种。本技术提供的一种非制冷红外焦平面阵列探测器，其整个探测器单元是悬空在硅衬底之上，而且桥面层和桥臂层分布在上下两个、相互平行的平面上。桥面层和桥臂层、桥臂层和衬底之间构成高度为0.5～2.5μm真空间隙层，总共的真空间隙高度即为1.0～5.0μm，典型高度为2.5μm，对红外波长λ=8～14μm长波段具有λ/4选择吸收的能力。本专利技术的四锚柱支撑的室温红外探测器，通过将探测器的桥面层和桥臂层分置于不同平面上构成的多层结构，形成的有益结果：可以有效地提高桥面层的有效吸收面积，具有很高的空间利用率，更多的红外辐射能量直接到达探测器单元；桥臂长度可以大大增加，能够有效地提高探测器的绝热能力，降低其热量损失，提高了整体探测性能；四锚柱支撑的桥臂结构保证多层结构探测器单元的平整性，稳定性，从而实现背景均匀一致的热成像效果。根据下文结合附图对本技术具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本技术的上述以及其他目的、优点和特征。附图说明后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本技术的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：图1是本技术的一种非制冷红外焦平面阵列探测器的示意性结构图；图2是根据本技术一个实施例的非制冷红外焦平面阵列探测器的示意性结构图；图3是根据图2所示的除去桥面层后的俯视示意图；图4是根据本技术另一个实施例的非制冷红外焦平面阵列探测器的示意性结构图。具体实施方式图1是本技术的一种非制冷红外焦平面阵列探测器的示意性结构图。图2是根据本技术一个实施例的非制冷红外焦平面阵列探测器的示意性结构图。图3是根据图2所示的除去桥面层后的俯视示意图。图4是根据本技术另一个实施例的非制冷红外焦平面阵列探测器的示意性结构图。如图1-图4所示，一种非制冷红外焦平面阵列探测器，一般地可以包括：硅衬底6、桥面层1、四锚柱支撑的桥臂层3。桥面层1设置有热敏感层102和红外热辐射吸收层(101、103)。桥臂层3设置有钝化层和金属导电层。硅衬底6设置有读出电路和金属反射层。桥面层1与桥臂层3相互平行设置并通过支撑柱2连接。桥臂层3悬空设置在硅衬底6上且通过四个锚柱4与硅衬底6连接。桥面层1和桥臂层3之间具有第一真空间隙层d1。桥臂层3和硅衬底6之间具有第二真空间隙层d2。可选地，第一真空间隙层d1的高度为0.5～2.5μm。第二真空间隙层d2的高度为0.5～2.5μm。桥臂层3为若干个“几”字形回折结构的桥臂组成。如图1所示，桥面层1设置有热敏感层102和红外热辐射吸收层(101、103)；热敏感层102的材料为氧化钒(VOx)、或氧化钛(TiOx)、或非晶锗硅(a-SiGe)、或非晶硅(a-Si:H)。红外热辐射吸收层(101、103)为氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)或氮氧化硅(SiON)。在一个具体的实施方式中，热敏感层102为氧化钒(VOx)，红外热辐射吸收层(101、103)为氮化硅(SiNx)。桥臂层3设置有钝化层和金属导电层。桥臂的钝化层为氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)或氮氧化硅(SiON)；桥臂层的金属导电层为钛(Ti)、钛/氮化钛(Ti/TiN)、镍铬(NiCr)合金、或钛铝钒(Ti/Al/V)合金。在一个具体的实施例中，桥臂的钝化层为氮化硅(SiNx)，金属导电层为钛(Ti)。桥面层1和桥臂层3之间构成真空间隙层d1，高度为0.5～2.5μm范围。桥臂层3和硅衬底6之间构成真空间隙层d2，高度为0.5～2.5μm范围。在一个具体的实施例中，桥面层1和桥臂层3、桥臂层3和硅衬底6之间真空间隙层高度均为1.25μm。总的真空间隙典型高度为2.5μm，对红外波长λ=8～14μm长波段具有λ/4较强选择吸收的能力。硅衬底6设置有读出电路、金属反射层。硅衬底6表面上红外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非制冷红外焦平面阵列探测器，其特征在于，包括：硅衬底、桥面层、四锚柱支撑的桥臂层；所述桥面层设置有热敏感层和红外热辐射吸收层，所述桥臂层设置有钝化层和金属导电层，所述硅衬底设置有读出电路和金属反射层；所述桥面层与所述桥臂层相互平行设置并通过支撑柱连接，所述桥臂层悬空设置在所述硅衬底上且通过四个锚柱与所述硅衬底连接；所述桥面层和所述桥臂层之间具有第一真空间隙层；所述桥臂层和所述硅衬底之间具有第二真空间隙层。

【技术特征摘要】
1.一种非制冷红外焦平面阵列探测器，其特征在于，包括：硅衬底、桥面层、四锚柱支撑的桥臂层；所述桥面层设置有热敏感层和红外热辐射吸收层，所述桥臂层设置有钝化层和金属导电层，所述硅衬底设置有读出电路和金属反射层；所述桥面层与所述桥臂层相互平行设置并通过支撑柱连接，所述桥臂层悬空设置在所述硅衬底上且通过四个锚柱与所述硅衬底连接；所述桥面层和所述桥臂层之间具有第一真空间隙层；所述桥臂层和所述硅衬底之间具有第二真空间隙层。2.根据权利要求1所述的非制冷红外焦平面阵列探测器，其特征在于，所述第一真空间隙层高度为0.5～2.5μm。3.根据权利要求1所述的非制冷红外焦平面阵列探测器，其特征在于，所述第二真空间隙层高度为0.5～2.5μm。4.根据权利要求1所述的非制冷红外焦平面阵列探测器，其特征在于，所述桥臂层为若干个“几”字形回折结构的桥臂组成...

【专利技术属性】
技术研发人员：王大甲，许勇，周龙飞，王春雷，
申请(专利权)人：无锡元创华芯微机电有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32