一种柔性热释电探测器及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性热释电探测器及其制作方法，涉及高精度探测技术。针对现有技术中单晶或陶瓷无法应用在柔质薄膜上的问题提出本方案。主要利用敏感单元和柔质衬底分别制作结合转印的方式，将单晶或陶瓷材料支撑的敏感单元附着于柔性衬底上。优点在于，敏感单元仅有几百纳米的厚度，大大减小热容，这使得探测响应速度非常快。解决了难以将高性能的单晶或陶瓷制备在柔性衬底上的问题。将单晶或陶瓷材料与柔性衬底相结合，一方面保留了优良的热释电性能，另一方面利用柔性衬底可以扩大探测器的视野范围与灵活性，并有望应用在人体生物医疗等柔性传感器领域。医疗等柔性传感器领域。医疗等柔性传感器领域。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性热释电探测器及其制作方法


[0001]本专利技术涉及高精度探测技术，尤其涉及一种柔性热释电探测器及其制作方法。

技术介绍

[0002]在诸多基于光热效应的探测器中，热释电探测器响应速度快，灵敏度高，具有很好的发展前景。热释电探测器是基于材料的热释电特性而制成的，当探测器吸收电磁辐射进而导致其温度变化时，材料内部的极化强度和极化方向随之变化，从而释放原本吸附在材料表面的电荷。在材料极化的垂直方向的表面制作电极形成类似电容的结构，就可以引出电信号。与其它基于光热效应的探测器最大的不同之处在于热释电电流的大小与温度变化的速度成正比，而不是温度的绝对变化量。这一点在探测高速变化的红外光或高速移动的物体时具有特别突出的优势。
[0003]材料内部极化的变化非常迅速，可以达到10
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12
s，所以热释电材料具有很大的潜力制备高速探测器。但目前的热释电探测器响应速度和灵敏度还难以与光子型探测器相比。首先，要提高响应速度，就要尽量减小热释电材料的厚度，以减小其热容来增加其对温度变化的敏感性。但直接在带有下电极的衬底上制备高性能的热释电薄膜具有很高的成本和技术难度。其次，要提高灵敏度，就要使敏感单元与衬底及环境之间的热交换尽可能的低，即需要衬底具有较好的热绝缘性，这样相同的入射光带来的敏感单元的温度变化就会更加显著。然而，更好的热绝缘带来更高灵敏度的同时会使器件的响应速度变慢，这就需要根据实际应用的需要调整衬底的热绝缘性能。为了满足不同的热绝缘需求而在各种衬底上直接制备高质量的热释电薄膜更是非常困难的。
[0004]热释电材料主要有单晶、陶瓷和聚合物组成。聚合物材料可弯曲和可拉伸的性能可以适应多种表面，被广泛应用于人体生物医疗领域。但和单晶或陶瓷相比热释电聚合物材料的热释电性能差的多，且熔点及居里温度较低。目前基于陶瓷和单晶材料的热释电红外探测器都是基于刚性衬底上制备的，由于工艺温度等限制难以在柔性衬底上直接制备陶瓷或单晶热释电薄膜。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种柔性热释电探测器及其制作方法，以解决上述现有技术存在的问题。
[0006]本专利技术所述柔性热释电探测器，包括层叠设置的下电极和柔性衬底；下电极上端面设有若干敏感单元，下电极上端面设有绝缘层；所述敏感单元上端面露出绝缘层，并设有上电极。
[0007]所述柔性衬底的材料是聚二甲基硅氧烷或聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯。
[0008]所述敏感单元是单晶材料或陶瓷材料。
[0009]在上电极的上表面还铺设有吸收层。
[0010]敏感单元下方还设有空腔凹槽，所述空腔凹槽贯通下电极并向柔性衬底延伸；空
腔凹槽面积小于敏感单元。
[0011]所述空腔凹槽的深度为10μm，面积为200
×
200μm2；敏感单元的面积为300
×
300μm2。
[0012]一种柔性热释电探测器的制作方法，包括以下步骤：
[0013]S1、在第一硬质衬底上制作柔性衬底并剥离，在所述柔性衬底上制作下电极；
[0014]S2、在第二硬质衬底上制作牺牲层，在牺牲层上制作敏感薄膜；
[0015]S3、将敏感薄膜分割成若干个独立的敏感单元，并在每一敏感单元上制作上电极；
[0016]S4、腐蚀去掉牺牲层；
[0017]S5、利用印章将所有的敏感单元转印至下电极上方；
[0018]S6、制作绝缘层封闭所有裸露的下电极。
[0019]步骤S1中，制作柔性衬底前先对第一硬质衬底上端面进行刻蚀，制作若干凸起，柔性衬底再制作于凸起上方，柔性衬底剥离后自然形成空腔凹槽；步骤S5中，转印时将敏感单元一一对应转印至空腔凹槽上方。
[0020]步骤S5中，腐蚀牺牲层时保留位于每一敏感单元下方小部分材料，以维持所有敏感单元的阵列稳定性。
[0021]在上电极的上表面铺设吸收层。
[0022]本专利技术所述柔性热释电探测器其优点在于，敏感单元仅有几百纳米的厚度，大大减小热容，这使得探测响应速度非常快。
[0023]本专利技术所述柔性热释电探测器的制备方法，解决了难以将高性能的单晶或陶瓷制备在柔性衬底上的问题。将单晶或陶瓷材料与柔性衬底相结合，一方面保留了优良的热释电性能，另一方面利用柔性衬底可以扩大探测器的视野范围与灵活性，并有望应用在人体生物医疗等柔性传感器领域。
附图说明
[0024]图1是本专利技术所述柔性热释电探测器的结构示意图；
[0025]图2是图1中A
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A向剖视图。
[0026]图3是本专利技术所述制作方法的流程示意图一；
[0027]图4是本专利技术所述制作方法的流程示意图二；
[0028]图5是本专利技术所述制作方法的流程示意图三；
[0029]图6是本专利技术所述制作方法的流程示意图四；
[0030]图7是本专利技术所述制作方法的流程示意图五；
[0031]图8是本专利技术所述制作方法的流程示意图六。
[0032]图9是本专利技术所述柔性热释电探测器的仿真电流响应特性图。
[0033]附图标记：101
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柔性衬底、102
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空腔凹槽、103
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下电极、104
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绝缘层、105
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敏感单元、106
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上电极；301
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第一硬质衬底、302
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凸起；501
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第二硬质衬底、502
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牺牲层、503
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敏感薄膜；801
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印章。
具体实施方式
[0034]如图1、图2所示，本专利技术所述柔性热释电探测器包括依次层叠设置的绝缘层104、
下电极103以及柔性衬底101。在下电极103上方设有与其电性连接的敏感单元105，敏感单元105上端面裸露出绝缘层104。绝缘层104主要用于封闭下电极103裸露在敏感单元105外侧的部分。在敏感单元105上方设有与其电性连接的上电极106。使用的时候可以从下电极103、上电极106分别引出电信号至后级应用电路，实现高响应度的热释电探测。
[0035]在另一实施例中，为了减少敏感单元105与柔性衬底101之间的热传导，在每一敏感单元105下方还设有空腔凹槽102。空腔凹槽102上端开口贯穿下电极103至敏感单元105下端面，空腔凹槽102下端向柔性衬底101内部延伸。热传导减少后，可以有效提升探测灵敏度。在本专利技术构思的启示下，本领域技术人员将空腔凹槽102做成通槽是不需要付出创造性劳动，因此空腔凹槽102为通槽结构应当属于本专利技术保护范围。
[0036]将敏感薄膜刻蚀成为分立的小单元即可以作为红外探测器平面阵列的敏感单元，同时可以满足柔性衬底的形变要求。在柔性衬底形变的一定曲率范围内，对于每一个的敏感单元来说形变都是很小的，其所承受的应力和带来的应变不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性热释电探测器，其特征在于，包括层叠设置的下电极(103)和柔性衬底(101)；下电极(103)上端面设有若干敏感单元(105)，下电极(103)上端面设有绝缘层(104)；所述敏感单元(105)上端面露出绝缘层(104)，并设有上电极(106)。2.根据权利要求1所述柔性热释电探测器，其特征在于，所述柔性衬底(101)的材料是聚二甲基硅氧烷或聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯。3.根据权利要求1所述柔性热释电探测器，其特征在于，所述敏感单元(105)是单晶材料或陶瓷材料。4.根据权利要求1所述柔性热释电探测器，其特征在于，在上电极(106)的上表面还铺设有吸收层。5.根据权利要求1所述柔性热释电探测器，其特征在于，敏感单元(105)下方还设有空腔凹槽(102)，所述空腔凹槽(102)贯通下电极(103)并向柔性衬底(101)延伸；空腔凹槽(102)面积小于敏感单元(105)。6.根据权利要求5所述柔性热释电探测器，其特征在于，所述空腔凹槽(102)的深度为10μm，面积为200
×
200μm2；敏感单元(105)的面积为300
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300μm2。7.一种柔性热释电探测器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在第一硬质衬底(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：周长见，赵晓曦，李国元，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：