一种非制冷红外微测辐射热计用热敏薄膜制造技术

本发明专利技术涉及非制冷红外探测技术领域，公开了一种非制冷红外微测辐射热计用热敏薄膜，其特征在于，由Sn

【技术实现步骤摘要】
一种非制冷红外微测辐射热计用热敏薄膜


[0001]本专利技术涉及非制冷红外探测
，特别涉及一种非制冷红外微测辐射热计用热敏薄膜。

技术介绍

[0002]红外成像技术是一种利用检测物体自然辐射红外线进行热成像，探测和识别目标的技术。红外成像技术的关键部件是红外探测器，而红外探测器分为光子探测器和热探测器两大类，虽然光子探测器如镝镉汞（HgCdTe）探测器（工作在8 ~ 14
ꢀµ
m波段）和锑化铟（InSb）探测器（工作在3~5
ꢀµ
m波段）的灵敏度、响应速度、探测距离等性能都比较高，但都必须使用液氮进行冷却（约80K），而且红外成像几乎都要使用机械扫描装置，因而整个红外成像系统显得结构复杂并且成本很高，无法实现大规模推广应用。在大规模、超大规模集成电路工艺技术推动下，红外探测器已经由单元型迅速向焦平面阵列（Focal Plane Array
‑
FPA）方向发展。而其中的非致冷红外焦平面阵列技术已经成为红外探测技术最主流的方向，同致冷型红外探测器相比，非致冷红外探测器的主要优势是成本低、体积小、重量轻、功耗小、响应波段宽且可大规模批量生产，已经在夜视、精确制导、红外跟踪等军事领域以及消防、公安、医疗、工业控制等民用领域有着广泛的应用。
[0003]目前非制冷热成像技术最主要的产品是微测辐射热计阵列，微测辐射热计是将敏感膜电阻随温度的变化作为电压或电流信号变化检出并成像。具体的过程是：目标在一定温度下向外辐射出一定量的红外线，微测辐射热计吸收了红外辐射后产生热量，引起自身温度变化，热敏薄膜将这种变化转变为电阻变化，并通过微桥中的电学通道传递给读出电路，检测出该电阻值的变化，完成对目标的探测。在这个过程中，作为微测辐射热计关键部件之一的热敏薄膜需要满足三条最重要的要求：（1）电阻合适，能与读出电路兼容；（2）电阻温度系数高，最好大于2%/K（绝对值）；（3）工艺重复性好，电性能长期稳定。
[0004]目前可用于微测辐射热计的热敏材料有很多种，如金属钛、金属铂、氧化钒、硅锗合金、非晶硅、超导氧化物、巨磁阻材料等。其中，因为氧化钒和非晶硅的电阻合适、电阻温度系数高而应用的最多。但是，这两种材料仍然存在缺陷，如钒氧化合物中由于二氧化钒在68 ℃附近有金属
‑
绝缘体相变，该相变会导致热滞回线，从而影响器件的稳定性贺可靠性；此外，由于钒元素价态较多，因此要制备出符合微测辐射热计热敏要求的氧化钒工艺相对复杂。对于非晶硅材料，应用中由于其电阻较大导致器件的1/f噪声较大，从而影响器件的探测率。
[0005]本申请人为权利人的授权公告号为CN 109988997 B、名称为热敏薄膜及其制备方法和应用的专利技术专利中，公开了一种用于非制冷红外微测辐射热计中的热敏薄膜，由ZnOx材料制成，其中x的取值范围是0 .7~0 .95；在25 ℃时，所述热敏薄膜的方阻为5~500 KΩ/
□
，电阻温度系数为
‑
1 .5~
‑
3 .5%/K。然而，因为该薄膜在探测器中应用时发现TCR满足要求的情况下电阻较大，与理想状态还有一定的差距。该类器件要求在适合的方阻下，电阻温度系数越大越好，如果方阻过大，会导致与读出电路不兼容，影响器件的可靠性。因此在非
制冷红外探测领域，热敏薄膜的探索和工艺改进仍然是目前研究的热点和难点。研究者们仍然还在持之以恒的探索新的热敏材料，与此同时，人们也在一直研究新的工艺来提高已有热敏材料的性能。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种非制冷红外微测辐射热计用热敏薄膜，在ZnO中掺杂Sn得到Sn
x
Zn1‑
x
O热敏薄膜，与没有掺杂Sn相比，掺杂后的热敏薄膜在具有较低的方阻的情况下，能够获得更高的电阻温度系数；该热敏薄膜的电性能的长期稳定性好，制备工艺简单易行，适宜规模化生产。
[0007]技术方案：本专利技术提供了一种非制冷红外微测辐射热计用热敏薄膜，由Sn
x
Zn1‑
x
O材料制成，其中x的取值范围是0.15~0.35；在25 ℃时，所述热敏薄膜的方阻为1 ~200KΩ/
□
，电阻温度系数为
‑
1.8 ~
‑
3.8%/K；其制备方法包括以下步骤：S1：将干燥清洁的基片放入直流反应磁控溅射炉中，抽本底真空至1
×
10
‑
4 Pa，期间，将基片升温至100 ~ 300 ℃；S2：使用挡板挡住基片，对金属锌靶和锡靶进行预溅射；S3：移开挡板，控制锌靶的溅射功率为80~120W、控制锡靶的溅射功率为10~20W，在基片上通过反应溅射沉积厚度为50~350 nm的Sn
x
Zn1‑
x
O薄膜；溅射时的氧氩气流量比例为10~30%；S4：同时关闭氧气流量、氩气流量以及溅射电流；S5：待直流反应磁控溅射炉内稳定，本底真空至1.0
×
10
‑
4 ~1.5
×
10
‑
4 Pa后，对所述Sn
x
Zn1‑
x
O薄膜进行退火处理；S6：经过退火处理得到Sn
x
Zn1‑
x
O薄膜在高真空或氧气氛围下降至室温即得热敏薄膜，取出备用。
[0008]优选地，在所述S6之后，还在所述热敏薄膜上沉积绝缘材质的钝化膜。因为Sn
x
Zn1‑
x
O薄膜材料活性很强，极易被空气氧化，导致材料的电阻和电阻温度系数稳定性和可靠性降低。为了隔绝Sn
x
Zn1‑
x
O薄膜材料与空气相互反应，本专利技术还在Sn
x
Zn1‑
x
O薄膜材料上沉积一层钝化膜。因为该钝化膜与位于其下面的Sn
x
Zn1‑
x
O薄膜相对于读出电路来说是并联关系，因此要求该钝化膜的绝缘性要好，以免产生附加电阻。
[0009]优选地，所述钝化膜的厚度为10 ~50 nm。厚度在这个范围内的钝化膜才能有效隔绝空气与热敏层的相互作用，防止热敏层被氧化。优选地，所述绝缘材料为SiC、Si3N4、SiO2、TiN或TiO2。根据钝化膜的作用，为了防止该钝化膜与Sn
x
Zn1‑
x
O薄膜材料相互作用，要求该钝化膜氧化能力要弱，所以，钝化膜的材料优选使用氧化能力弱的绝缘材料SiC、Si3N4、SiO2、TiN或TiO2。
[0010]优选地，在所述S2中，预溅射时，氩气流量为50 ~100 sccm，溅射电流为0.1 ~0.6 A，预溅射时间为10 ~20 min。
[0011]优选地，在所述S3中，溅射时的工作压强为1 ~2.5 Pa、溅射温度为100 ~300 ℃、溅射电流为0.1 ~0.6A、溅射时间为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1. 一种非制冷红外微测辐射热计用热敏薄膜，其特征在于，由Sn
x
Zn1‑
x
O材料制成，其中x的取值范围是0.15~0.35；在25 ℃时，所述热敏薄膜的方阻为1 ~200KΩ/
□
，电阻温度系数为
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1.8 ~
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3.8%/K；其制备方法包括以下步骤：S1：将干燥清洁的基片放入直流反应磁控溅射炉中，抽本底真空至1
×
10
‑
4 Pa，期间，将基片升温至100 ~ 300 ℃；S2：使用挡板挡住基片，对金属锌靶和锡靶进行预溅射；S3：移开挡板，控制锌靶的溅射功率为80~120W、控制锡靶的溅射功率为10~30W，在基片上通过反应溅射沉积厚度为50~350 nm的Sn
x
Zn1‑
x
O薄膜；溅射时的氧氩气流量比例为10~30%；S4：同时关闭氧气流量、氩气流量以及溅射电流；S5：待直流反应磁控溅射炉内稳定，本底真空至1.0
×
10
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4 ~1.5
×
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4 Pa后，对所述Sn
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Zn1‑
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O薄膜进行退火处理；S6：经过退火处理得到Sn
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Zn1‑
x
O薄膜在高真空或氧气氛围下降至室温即得热敏薄膜，取出备用。2.根据权利要求1所述的非制冷红外微测辐射热计用热敏薄膜，...

【专利技术属性】
技术研发人员：居勇峰，庄立运，朱铁柱，付成芳，王晓晖，王马华，王士湖，
申请(专利权)人：江苏孙悟空科技有限公司，
类型：发明
国别省市：