【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种宽波段红外探测器及其制备方法。更具体的，涉及一种基于锰钴镍氧热敏材料的金字塔微粗糙结构宽波段红外探测器及其制备方法。
技术介绍
1、锰钴镍氧(mcno)材料是一种重要的热敏材料，其吸收光谱较宽，负电阻温度系数较高，用于制备非制冷红外探测器具有较好的适配性[1]-[3]。此外，其性能较为稳定，制作成本低，电阻率可调，使其在军民红外探测领域均被广泛应用。但是这种材料也有其不足之处：锰钴镍氧薄膜在3-14μm中红外窗口波段吸收弱，光热转换效率差[4]；而在15-30μm波段，锰钴镍氧虽然因声子吸收峰而具有较强的红外吸收，但由于材料折射率、消光系数较大，故而存在较强的界面反射损失。仅考虑锰钴镍氧器件热敏层，其在0.3～30μm波段大部分范围内的吸收约为10～50％，这大大限制了其应用可行性[5]。
2、本专利设计了一种金字塔微粗糙结构顶底电极宽波段红外探测器，并应用于红外探测器中，将有效解决器件吸收和光热转换效率有限的问题，实现宽波段红外热敏探测。
3、以上所涉及的参考文献如下：
4、[1]he lin,ling zhi-yuan.studies of temperature dependent ac impedanceof a negative temperature coefficient mn-co-ni-o thin film thermistor[j].applied physics letters，2011，98(24)：242112.
5、[2]huang,
6、[3]张雷博,侯云,周炜,黄志明,褚君浩.锰钴镍氧薄膜热敏型多元红外探测器研制[j].红外与毫米波学报,2014,33(4):359～363].
7、[4]dannenberg,r.,et al.,infrared optical properties ofmn1.56co0.96ni0.48o4 spinel films sputter deposited in an oxygen partial pressureseries.journal of applied physics,1999.86(5):p.2590-2601.
8、[5]张志博，王丁，邱琴茜，高艳卿，周炜，吴敬，黄志明.紫外─远红外宽波段nimn2o4及mn1.56co0.96ni0.48o4光学性质的研究[j].红外与毫米波学报，2020,39(1):65～71].
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提出一种金字塔微粗糙结构顶底电极宽波段红外探测器及其制备方法。解决了锰钴镍氧在0.3-30μm重要工作波段范围内光吸收效率低，无法实现高效宽波段热敏探测的难题。
2、本专利技术的金字塔表面微粗糙宽波段红外探测器的结构描述如下：图1和图2分别为本专利技术探测器结构示意图，图3为本专利技术制备方法流程图。
3、如图1、图2所示，所述的红外探测器结构包括：硅衬底，镂空微腔，介质微桥，镍酸镧导电氧化物底电极，信号电极，锰钴镍氧金字塔结构表面探测元，锰钴镍氧补偿元，nicr顶电极，供电金电极，电学引线等几部分。器件结构具体可描述为：硅衬底(1)上制备有镂空微腔(2)，上方制备有氮化硅-氧化硅-氮化硅介质微桥(3)，镍酸镧导电氧化物底电极(4)及信号电极(5)，锰钴镍氧金字塔结构表面探测元(6)，锰钴镍氧补偿元(7)，探测元nicr顶电极(8)和补偿元nicr顶电极(9)，正供电金电极(10)，负供电金电极(11)，以及电学引线(12)。
4、本专利技术的宽波段红外探测器是这样制备的：
5、(1)制备多孔硅牺牲层：选用低掺杂的单面抛光p型(110)低阻硅衬底1，电阻率为0.1～1ω·cm，下部溅射nicr合金薄膜作为电极层，再用石蜡密封保护，掩模材料为pecvd沉积的si3n4薄膜，掩膜厚度为0.3μm。将其放入hf和乙醇配比为hf:ch3ch2oh＝1:1的混合溶液中，初始阳极氧化电流密度为10ma/cm2，2min后增加只50ma/cm2，氧化时间5min，制备得到100～200μm见方的多孔硅牺牲层。制备结束后，钝化层si3n4薄膜在浓hf酸中去除。
6、(2)采用等离子体增强化学的气相沉积法法制备介质层：利用pecvd法在硅衬底及多孔硅表面依次制备0.5μm厚的si3n4、sio2、si3n4膜层，从而获得复合结构的氮化硅/氧化硅/氮化硅介质微桥层3。
7、(3)采用溶胶凝胶法制备镍酸镧薄膜：首先，按照摩尔比为1:1称量六水合硝酸镧和四水合醋酸镍，以0.3m的浓度标准加入乙醇，然后在室温下进行搅拌，搅拌至硝酸镧及醋酸镍全部溶解为止，得到绿色透明溶液；然后，将配制好的溶液滴到高速旋转的硅片上，硅片转速为4000r/min，旋转30s，得到原料膜。然后将原料膜置于退火炉中进行热处理，退火步骤依次为：在220℃下保温2分钟，再在300℃下热分解2分钟，最后在450℃下退火5分钟。重复以上步骤60次，得到厚度为1μm的镍酸镧薄膜材料。
8、(4)制备图形化的镍酸镧公共底电极。通过紫外光刻和干法刻蚀方法，在介质微桥层3表面制备得到具有图形化结构的镍酸镧导电氧化物底电极4。该电极层同时可以作为器件的底部光吸收膜层。
9、(5)溅射沉积锰钴镍氧热敏膜层：选用美国kurt j.lesker公司生产的lab linesputter 5射频磁控溅射系统制备锰钴镍氧热敏膜层。溅射前使用丙酮，无水乙醇，和去离子水依次超声清洗衬底5分钟。清洗后，使用快速退火炉对衬底进行快速退火处理(350℃,5min)；采用锰钴镍氧多晶靶材通氧制备薄膜，制备工艺参数为衬底温度为200～450℃，溅射功率为50w，本底真空为9×10-8torr，溅射气压为3mtorr，溅射气体为ar:o2＝50:1，溅射时间为160h。将所制备的锰钴镍氧薄膜置于退火炉中在450℃空气中退火20min后取出。
10、(6)制作锰钴镍氧金字塔微粗糙结构：在多孔硅区域上方紫外光刻制作尺寸3～5μm，周期5～7μm、厚度2.5μm的az 4330光刻胶块。高温烘胶后，在35℃恒温水浴下，采用1:1稀释的盐酸溶液对锰钴镍氧热敏薄膜进行20～30s的腐蚀，通过精确控制湿法侧蚀的腐蚀液浓度、温度、时长等条件，制作金字塔微粗糙结构层。补偿元表面不做光刻胶保护，而此时其厚度会同步被湿法刻蚀所减薄。
11、(7)干法刻蚀制作锰钴镍氧金字塔结构表面探测元6的微台阶结构。使用电感耦合等离子刻蚀(icp)方法在锰钴镍氧材料探测元表面刻蚀1～2μm深的台阶，进一步减小探测元表面对入射光的反射作用。icp刻蚀选用cl2作为反本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种宽波段红外探测器，包括硅衬底(1)，镂空微腔(2)，介质微桥(3)，镍酸镧导电氧化物底电极(4)，信号电极(5)，锰钴镍氧金字塔结构表面探测元(6)，锰钴镍氧补偿元(7)，NiCr顶电极(8)和补偿元NiCr顶电极(9)，正供电电极(10)和负供电电极(11)；其特征在于：
2.一种宽波段红外探测器的制备方法，其特征在于其制备方法步骤如下：
【技术特征摘要】
1.一种宽波段红外探测器，包括硅衬底(1)，镂空微腔(2)，介质微桥(3)，镍酸镧导电氧化物底电极(4)，信号电极(5)，锰钴镍氧金字塔结构表面探测元(6)，锰钴镍氧补偿元(7)，n...
【专利技术属性】
技术研发人员：段嘉欣，黄志明，周炜，江林，郑国彬，周强国，李永振，吴吞炭，高艳卿，吴敬，姚娘娟，褚君浩，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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