基于光学设计高红外吸收层的红外探测器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于光学设计高红外吸收层的红外探测器及其制备方法。红外探测器第一部分为光学部分，包括第一SiO2层和第二Ge层，光学设计后，提高了红外光谱的透射率，增强了第二部分的红外吸收；第二部分为热电部分，包括第一Si3N4层，第二SiO2层，第三Al层，第四SiO2层以及第五N型多晶硅层；第三部分为支撑层部分，包括SiO2层。第二热电部分，第三Al层为热电偶，同时也构成反射层；第一Si3N4层和第二SiO2层不仅为绝缘层，同时为红外吸收层；第三Al层，第四SiO2层以及第五N型多晶硅层构成热电偶；光学设计后，光学干涉实现高红外吸收，在9‑14μm波段的平均红外吸收率高达90％以上。

Infrared Detector Based on Optical Design of High Infrared Absorbing Layer and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
基于光学设计高红外吸收层的红外探测器及其制备方法
本专利技术属于红外探测领域，涉及一种基于光学设计，增强9-14μm波段红外吸收层的非制冷热电堆红外探测器。
技术介绍
一个完整非制冷热电堆红外探测器主要包括热电堆芯片(灵敏元)、红外滤光片以及高精度热敏电阻，广泛应用于非接触温度探测、红外气体检测等。以人体非接触测温为例，红外辐射由人体发出，经过滤光片，去除其他红外波段的干扰波段，然后由热电堆芯片探测出光强变化(红外吸收层吸收红外辐射，热电堆的热结温度升高，产生塞贝克效应)，输出电信号，而得出人体温度及其变化。对于非制冷热电堆红外探测器的核心部件热电堆芯片(灵敏元)，多由衬底结构、支撑结构、热电偶结构和红外吸收结构组成。其中红外吸收结构成为制约非制冷热电堆红外探测器指标的关键。目前应用于非制冷热电堆红外探测器的红外吸收材料多数集中在氮化硅、二氧化硅、黑硅与黑金等材料；且多为直接使用，未经光学设计，在9-14μm波段的红外吸收较低，使基于上述红外吸收材料的非制冷热电堆红外探测器在波段拓宽，灵敏度与响应率的提升方面都受到了限制。本专利技术提出一种基于光学设计，增强9-14μm波段红外吸收层的非制冷热电堆红外探测器。将光学设计引入非制冷热电堆红外探测器，结合材料和器件结构的光学设计与合理优化，实现红外光增透，内部干涉增强吸收，很大程度的提高了红外吸收，在9-14μm波段的平均红外吸收率高达90％以上，提高了非制冷热电堆红外探测器的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于光学设计，增强9-14μm波段红外吸收层的非制冷热电堆红外探测器，结合材料和器件结构的光学设计与合理优化，用以解决传统非制冷热电堆红外探测器红外吸收波段窄、红外吸收率低的问题。本专利技术的技术方案如下：一种基于光学设计高红外吸收层的红外探测器，自上至下分为三大部分；第一部分为光学部分，包括第一SiO2层和第二Ge层；第二部分为热电部分，包括第一Si3N4层，第二SiO2层，第三Al层，第四SiO2层以及第五N型多晶硅层；第三部分为支撑层部分，包括SiO2层。所述的第一光学部分，第一SiO2与第二Ge层构成增透层。作为优选，所述第一光学部分，经光学设计后，第一SiO2层厚度为10-1000nm，第二Ge层厚度为20-2000nm；提高了红外光谱的透射率，增强了第二部分的红外吸收。所述的第二热电部分，第三Al层为热电偶，同时也构成反射层；第一Si3N4层和第二SiO2层不仅为绝缘层，同时为红外吸收层；第三Al层，第四SiO2层以及第五N型多晶硅层构成热电偶。作为优选，所述的第二热电部分，经光学设计后，第一Si3N4层厚度10-1000nm，第二SiO2层厚度10-1000nm，第三Al层厚度10-1000nm，第四SiO2层厚度10-1000nm以及第五N型多晶硅层厚度10-1000nm；光学干涉实现高红外吸收，提高了热电效率。作为优选，所述的第三支撑层部分，SiO2层厚度10-1000nm。本专利技术一种基于光学设计高红外吸收层的红外探测器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：在衬底上沉积一层SiO2，形成支撑层。步骤2：在支撑层上沉积一层多晶硅，离子注入后，并按照版图进行刻蚀，得到热偶条N型多晶硅层。步骤3：在步骤2得到的N型多晶硅层上沉积一层SiO2，形成绝缘层1。步骤4：在绝缘层1上沉积一层Al，并按照版图进行刻蚀，得到热偶条Al。步骤5：在步骤4得到的Al层上沉积一层SiO2，形成绝缘层2。步骤6：在绝缘层2上沉积一层Si3N4，形成吸收层。步骤7：在吸收层上沉积一层Ge，形成增透层。步骤8：在增透层上沉积一层SiO2，形成保护层。步骤1构成的支撑层部分：单层的SiO2层，可由两层的SiO2-Si3N4或三层的SiO2-Si3N4-SiO2代替。所述的衬底为单晶硅。本专利技术的一种基于光学设计，增强9-14μm波段红外吸收层的非制冷热电堆红外探测器，将光学设计引入非制冷热电堆红外探测器，结合材料和器件结构的光学设计与合理优化。第一光学部分，第一SiO2与第二Ge层构成增透层；光学设计后，提高了红外光谱的透射率，增强了第二部分的红外吸收。第二部分为热电部分，包括第一Si3N4层，第二SiO2层，第三Al层，第四SiO2层以及第五N型多晶硅层。第三部分为支撑层部分，包括SiO2层。第二热电部分，第三Al层为热电偶，同时也构成反射层；第一Si3N4层和第二SiO2层不仅为绝缘层，同时为红外吸收层；第三Al层，第四SiO2层以及第五N型多晶硅层构成热电偶；光学设计后，光学干涉实现高红外吸收，在9-14μm波段的平均红外吸收率高达90％以上，提高了热电效率。同时，Al作为中心吸收区域的一部分，提高了器件强度及成品率。附图说明图1为基于光学设计高红外吸收层的红外探测器截面图。其中1为第一光学部分,包括Ge层和SiO2层。2为第二热电部分，其包括N型多晶硅层，Al层，SiO2层，以及Si3N4层。3为第三部分为支撑层部分，其为单层的SiO2或两层的SiO2-Si3N4或三层的SiO2-Si3N4-SiO2图2为基于光学设计高红外吸收层的红外探测器在3-25μm波段的红外吸收率图。具体实施方式以下对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。制备例1本专利技术中图1结构的通用制备流程为：步骤1：在衬底上，利用化学气相沉积薄膜制备工艺沉积一层SiO2，形成支撑层。步骤2：在支撑层上，利用化学气相沉积薄膜制备工艺沉积一层多晶硅，离子注入后，并按照版图进行刻蚀，得到热偶条N型多晶硅层。步骤3：在步骤2得到的N型多晶硅层上，利用化学气相沉积薄膜制备工艺沉积一层SiO2，形成绝缘层1。步骤4：在绝缘层1上，利用化学气相沉积薄膜制备工艺沉积一层Al，并按照版图进行刻蚀，得到热偶条Al。步骤5：在步骤4得到的Al层上，利用化学气相沉积薄膜制备工艺沉积一层SiO2，形成绝缘层2。步骤6：在绝缘层2上，利用化学气相沉积薄膜制备工艺沉积一层Si3N4，形成吸收层。步骤7：在干涉吸收层上，利用化学气相沉积薄膜制备工艺沉积一层Ge，形成增透层。步骤8：在增透层上，利用化学气相沉积薄膜制备工艺沉积一层SiO2，形成保护层。制备例2本专利技术中图1结构的通用制备流程为：步骤1：在衬底上，利用化学气相沉积薄膜制备工艺沉积一层SiO2，形成支撑层1.1。步骤2：在支撑层1.1上，利用化学气相沉积薄膜制备工艺沉积一层Si3N4，形成支撑层1.2。步骤3：在支撑层1.2上，利用化学气相沉积薄膜制备工艺沉积一层SiO2，形成支撑层1.3。步骤4：在支撑层1.3上，利用化学气相沉积薄膜制备工艺沉积一层多晶硅，离子注入后，并按照版图进行刻蚀，得到热偶条N型多晶硅层。步骤5：在步骤4得到的N型多晶硅层上，利用化学气相沉积薄膜制备工艺沉积一层SiO2，形成绝缘层1。步骤6：在绝缘层1上，利用化学气相沉积薄膜制备工艺沉积一层Al，并按照版图进行刻蚀，得到热偶条Al。步骤7：在步骤6得到的Al层上，利用化学气相沉积薄膜制备工艺沉积一层SiO2，形成绝缘层2。步骤8：在绝缘层2上，利用化学气相沉积薄膜制备工艺沉积一层Si3N4，形成吸收层。步骤9：在干涉吸收层上，利用化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于光学设计高红外吸收层的红外探测器，其特征在于，自上至下分为三大部分；第一部分为光学部分，包括第一SiO2层和第二Ge层；第二部分为热电部分，包括第一Si3N4层，第二SiO2层，第三Al层，第四SiO2层以及第五N型多晶硅层；第三部分为支撑层部分，包括SiO2层。

【技术特征摘要】
1.基于光学设计高红外吸收层的红外探测器，其特征在于，自上至下分为三大部分；第一部分为光学部分，包括第一SiO2层和第二Ge层；第二部分为热电部分，包括第一Si3N4层，第二SiO2层，第三Al层，第四SiO2层以及第五N型多晶硅层；第三部分为支撑层部分，包括SiO2层。2.如权利要求1所述的基于光学设计高红外吸收层的红外探测器，其特征在于，所述的第一光学部分，第一SiO2与第二Ge层构成增透层；所述第一光学部分，经光学设计后，第一SiO2层厚度为10-1000nm，第二Ge层厚度为20-2000nm；提高了红外光谱的透射率，增强了第二部分的红外吸收。3.如权利要求1所述的基于光学设计高红外吸收层的红外探测器，其特征在于，所述的第二热电部分，第三Al层为热电偶，同时也构成反射层；第一Si3N4层和第二SiO2层不仅为绝缘层，同时为红外吸收层；第三Al层，第四SiO2层以及第五N型多晶硅层构成热电偶；所述的第二热电部分，经光学设计后，第一Si3N4层厚度10-1000nm，第二SiO2层厚度10-1000nm，第三Al层厚度10-1000nm，第四SiO2层厚度10-1000nm以及第五N型多晶硅层厚度10-1000nm；光...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯海港，黄清伟，乔冠军，
申请(专利权)人：镇江爱豪科思电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32