一種多孔碳納米薄膜及其微測(cè)輻射熱計(jì)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多孔碳納米薄膜及其微測(cè)輻射熱計(jì)，碳納米薄膜中sp2雜化狀態(tài)的碳含量高于75％，薄膜的孔隙半徑為30nm～500nm，孔隙率為30％～70％，多孔碳納米薄膜的厚度為30nm～3000nm。采用兩步刻蝕的方法制備：在濺射沉積碳納米薄膜過程中通入氧氣進(jìn)行選擇性刻蝕，形成孔隙結(jié)構(gòu)；進(jìn)而，引入超薄金屬掩蔽，在氧氣刻蝕氣氛中進(jìn)行二次刻蝕，最終形成具有較好孔隙率的多孔碳納米薄膜；該多孔碳納米薄膜可以應(yīng)用于微測(cè)輻射熱計(jì)中，作為紅外吸收增強(qiáng)材料或者單獨(dú)作為紅外吸收層，不僅提高器件的紅外吸收率和探測(cè)靈敏度，而且可以實(shí)現(xiàn)寬波段紅外吸收，器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝兼容，有優(yōu)異的非制冷紅外探測(cè)性能。
【專利說明】
一種多孔碳納米薄膜及其微測(cè)輻射熱計(jì)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，涉及一種寬波段紅外吸收多孔碳納米薄膜及包含多孔碳納米薄膜的微測(cè)輻射計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)普朗克輻射定理，凡是絕對(duì)溫度大于絕對(duì)零度的物體都能輻射電磁波，物理輻射能量強(qiáng)度與本體溫度及表面的輻射發(fā)射能力有關(guān)。能夠輻射可見光的物體普遍需要具備高溫的特點(diǎn)，當(dāng)溫度較低時(shí)，峰值波長(zhǎng)變大，輻射波進(jìn)入紅外波段，是非可見光，但對(duì)于一般低溫、室溫的物體，輻射紅外的能力是普遍存在的。因此紅外探測(cè)在探測(cè)領(lǐng)域具有更廣的應(yīng)用范圍。通常情況下，紅外探測(cè)系統(tǒng)被認(rèn)為是一種無源、被動(dòng)式的探測(cè)儀器，可以非接觸而且不需要高功率輻射源，因此常被應(yīng)用在現(xiàn)代國(guó)防技術(shù)中。紅外探測(cè)和成像更多用來一些實(shí)際觀測(cè)條件很差的時(shí)候，例如夜晚、煙霧等環(huán)境中，目前廣泛應(yīng)用的紅外探測(cè)或成像技術(shù)包括制冷和非制冷兩類。非制冷紅外成像技術(shù)起步較晚，但是發(fā)展迅速，其中以氧化釩為紅外敏感層的微測(cè)輻射熱計(jì)成為非制冷紅外成像領(lǐng)域的主流技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于國(guó)防軍事領(lǐng)域。但是，氧化釩自身的吸光性能較差，需要借助氮化硅等紅外吸收材料以及復(fù)雜的光學(xué)腔體結(jié)構(gòu)；同時(shí)，氮化硅材料的紅外吸收波段在長(zhǎng)波紅外(8?12um)，而在中波紅外(3?5um)波段的吸收很低，不能實(shí)現(xiàn)寬波段紅外成像。
[0003]以石墨烯為主的碳納米材料作為具有良好的寬譜吸收特性，光譜吸收范圍可以從紫外到太赫茲波段，包括石墨烯薄膜、石墨烯納米墻、碳納米管、石墨烯微片等。
[0004]授權(quán)號(hào)為CN101886261B的中國(guó)專利發(fā)明了一種用于微測(cè)輻射熱計(jì)的氧化釩薄膜及其制作方法，以及授權(quán)號(hào)為CN101900607B的中國(guó)專利發(fā)明了一種用于紅外探測(cè)器的氧化釩薄膜及其制作方法，制備了一種氧化釩-碳納米管復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，用以增強(qiáng)紅外吸收和熱敏特性。授權(quán)號(hào)為CN102419212B的中國(guó)專利發(fā)明了一種氧化釩復(fù)合薄膜及其制備方法，制備了氧化釩一富勒烯一碳納米管三元復(fù)合薄膜復(fù)合膜結(jié)構(gòu)作為太赫茲探測(cè)器或紅外探測(cè)器的熱敏電阻材料及光吸收材料，能夠提高器件的綜合性能。碳納米管或者富勒烯均具有較好的紅外吸收特性，但是結(jié)構(gòu)單一，其在寬波紅外(3?12um)波段的吸收仍然較低。
[0005]申請(qǐng)公開號(hào)為CN105486414A的中國(guó)專利發(fā)明了一種基于石墨烯的微測(cè)輻射熱計(jì)，該微測(cè)輻射熱計(jì)采用石墨烯作為寬波段紅外吸收敏感層，采用懸空支撐層微孔結(jié)構(gòu)提高了紅外探測(cè)靈敏度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，且具有優(yōu)異的非制冷寬波段紅外探測(cè)性能。但是石墨烯或者石墨烯納米墻的通常通過化學(xué)氣相沉積制備，為高溫工藝，所涉及的轉(zhuǎn)移工藝也難以控制，與傳統(tǒng)的微測(cè)輻射熱計(jì)的工藝不兼容。常規(guī)微測(cè)輻射熱計(jì)的微橋懸空結(jié)構(gòu)在制備時(shí)，通常需要以聚酰亞胺等聚合物作為犧牲層，而化學(xué)氣相沉積的工藝溫度通常高于600°C，會(huì)造成犧牲層的破壞;而轉(zhuǎn)移工藝會(huì)引入缺陷，很難控制薄膜的一致性。
[0006]此外，磁控濺射作為一種低溫沉積工藝，廣泛應(yīng)用于光電器件制備，通過磁控濺射沉積碳薄膜也發(fā)展成熟;但是，常規(guī)濺射工藝制備的碳薄膜多為致密薄膜，而且碳薄膜的碳多以SP3雜化存在。對(duì)于紅外吸收碳材料而言，SP2雜化的碳薄膜具有更好的紅外吸收特性；此外，多孔結(jié)構(gòu)會(huì)改變碳薄膜的折射率，提高薄膜的紅外吸收率。
[0007]針對(duì)sp2/sp3的比例調(diào)控問題，高溫退火通過氧氣選擇性刻蝕sp3[Feng S,etal.Porous structure diamond films with super-hydrophilic performance[J].Diamond and Related Materials，2015，56:36-41 ]，但是仍然存在高溫工藝兼容性問題。
[0008]因此，需要開發(fā)一種寬波段紅外吸收薄膜的低溫制備工藝，實(shí)現(xiàn)針對(duì)微測(cè)輻射熱計(jì)的多孔碳納米薄膜的制備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種寬波段紅外吸收材料的制備方法，從材料設(shè)計(jì)角度，制備一種多孔碳納米薄膜，優(yōu)化碳納米薄膜的孔隙率，控制碳納米薄膜中Sp2雜化的含量，實(shí)現(xiàn)寬波段紅外的高效吸收;并且，提供一種低溫制備工藝，與微測(cè)輻射熱計(jì)的工藝兼容，提高器件的紅外成像性能。結(jié)合材料和器件結(jié)構(gòu)的合理優(yōu)化，用以解決傳統(tǒng)微測(cè)輻射熱計(jì)紅外吸收波段窄、紅外吸收率低的問題。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種多孔碳納米薄膜，所述碳納米薄膜中Sp2雜化狀態(tài)的碳含量高于75%，薄膜的孔隙半徑為30nm?500nm，孔隙率為30%?70%，多孔碳納米薄膜的厚度為30nm?3000nmo
[0011]本發(fā)明還提供一種微測(cè)輻射熱計(jì)，其特征在于，包括如權(quán)利要求1所述多孔碳納米薄膜，所述碳納米薄膜向下依次為熱敏感層，氮化硅支撐層，所述氮化硅支撐層通過支撐橋墩與金屬反射層形成紅外吸收諧振腔，所述金屬反射層位于襯底之上。
[0012]作為優(yōu)選，所述多孔碳納米薄膜與熱敏感層之間還設(shè)置有氮化硅紅外吸收層。
[0013]本發(fā)明還提供一種多孔碳納米薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0014]I)采用磁控濺射的進(jìn)行碳納米薄膜沉積，將碳納米薄膜的沉積基材送入濺射腔室，以高純碳材料作為濺射靶材；
[0015]2)在高真空濺射腔室內(nèi)注入氬氣和氧氣的混合氣體，其中氬氣作為濺射氣氛，氧氣作為反應(yīng)氣氛;控制氬氣和氧氣的混合比例和注入氣體總量，使濺射腔室的壓強(qiáng)為0.2Pa?20Pa;
[0016]3)待步驟2)所述的濺射腔室的壓強(qiáng)穩(wěn)定在目標(biāo)值后，設(shè)置濺射功率，激活高純碳靶材，開始進(jìn)行濺射沉積碳薄膜，達(dá)到預(yù)設(shè)碳薄膜厚度后停止濺射并關(guān)閉氧氣，其中濺射過程中的微量氧氣形成的氧等離子體可以對(duì)碳薄膜中的Sp3進(jìn)行部分刻蝕，并形成內(nèi)部納米孔隙結(jié)構(gòu)；
[0017]4)控制注入濺射腔室的氬氣流量，使濺射腔室的壓強(qiáng)為0.5Pa?50Pa，激活金屬濺射革G材，在步驟3)所制備的碳薄膜表面沉積3nm?15nm的金屬薄膜，得到碳-金屬薄膜，取出備用;
[0018]5)將步驟4)所制備的碳-金屬薄膜置于刻蝕機(jī)中，其中金屬薄膜作為刻蝕掩蔽，通入氧氣進(jìn)行選擇性刻蝕，最終形成多孔碳納米薄膜。
[0019]作為優(yōu)選，步驟2)所述氬氣和氧氣的比例為100:2?100:10。
[°02°] 作為優(yōu)選，步驟4)所述金屬包括但不限于Au、Ag、Pt、Cu、T1、Cr或Al。
[0021]本發(fā)明還提供一種紅外微測(cè)輻射熱計(jì)的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0022]I)選用含有集成電路的襯底，預(yù)處理備用；
[0023]2)在襯底表面，沉積一層金屬作為金屬反射層；
[0024]3)在金屬反射層的表面光刻出支撐橋墩?qǐng)D形，刻蝕該金屬反射層至硅襯底上的鈍化層，形成支撐橋墩孔和金屬孤島；
[0025]4)在上述金屬反射層的表面，旋涂一層光敏聚酰亞胺薄膜；
[0026]5)對(duì)聚酰亞胺薄膜進(jìn)行光刻處理，形成聚酰亞胺薄膜孤島和支撐橋墩，然后進(jìn)行亞胺化處理；
[0027]6)在聚酰亞胺薄膜孤島和橋墩孔的表面，沉積厚度氮化硅，作為氮化硅支撐層；
[0028]7)在氮化硅支撐層上沉積熱敏感層；
[0029]8)在熱敏感層上沉積導(dǎo)電金屬薄膜，并進(jìn)行圖形化，形成電學(xué)通道，電學(xué)通道將熱敏感層與硅襯底上的電路結(jié)構(gòu)相連；
[0030]9)在熱敏感層利用如權(quán)利要求3所述的方法制備多孔碳納米薄膜作為寬波段紅外吸收層；
[0031]10)利用微納加工工藝對(duì)多孔碳納米薄膜、熱敏感層以及氮化硅支撐層進(jìn)行圖形化；
[0032]11)采用氧等離子體除去氮化硅支撐層底部的聚酰亞胺薄膜，形成紅外吸收諧振腔，最終構(gòu)成微測(cè)輻射熱計(jì)。
[0033]作為優(yōu)選，所述步驟7)還包括在熱敏感層上沉積氮化硅紅外吸收層。
[0034]作為優(yōu)選，所述步驟8)所述導(dǎo)電金屬薄膜包括但不限于Au、Ag、Pt、Cu、T1、或Al。
[0035]本發(fā)明的多孔納米薄膜不僅能夠提高器件的紅外吸收率和探測(cè)靈敏度，而且可以實(shí)現(xiàn)寬波段紅外吸收，器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝兼容，有優(yōu)異的非制冷紅外探測(cè)性能。
[0036]本發(fā)明所提及的“尚純碳材料”是指碳含量尚于99.9%。
[0037]本發(fā)明所提及的“高真空”是指壓強(qiáng)彡10—5Pa;“高真空濺射腔室”是指濺射腔室中的壓強(qiáng)彡I O—5Pa。
【附圖說明】
[0038]圖1一種多孔碳納米薄膜的制備方法流程圖
[0039]圖2實(shí)施例1所制備的多孔碳納米薄膜的SEM圖
[0040]圖3實(shí)施例4所制備的基于多孔碳納米薄膜的寬波段微測(cè)輻射熱計(jì)，其中101為多孔碳納米薄膜，102為熱敏感層，103為氮化硅支撐層，104為支撐橋墩、105為硅襯底和106為金屬反射層107為紅外吸收諧振腔；
[0041 ]圖4實(shí)施例2所制備的多孔碳納米薄膜的SEM圖
[0042]圖5實(shí)施例5所制備的基于多孔碳納米薄膜的制備紅外吸收增強(qiáng)的微測(cè)輻射熱計(jì)，其中201為多孔碳納米薄膜，202為氮化硅紅外吸收層，203熱敏感層，204氮化硅支撐層，205為支撐橋墩，206為硅襯底，207為金屬反射層，208為紅外吸收諧振腔。
【具體實(shí)施方式】
[0043]以下對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0044]實(shí)施例1
[0045]—種多孔碳納米薄膜，采用兩步刻蝕的方法制備，具體包括以下步驟:
[0046]I)、采用磁控濺射的進(jìn)行碳納米薄膜沉積，將碳納米薄膜的沉積基材送入濺射腔室，以高純碳材料作為濺射靶材，在高真空(< 10—5Pa)濺射腔室內(nèi)注入氬氣和氧氣的混合氣體，其中氬氣作為濺射氣氛，氧氣作為反應(yīng)氣氛，；
[0047]2)、控制步驟I)所述的氬氣和氧氣的混合比例和注入氣體總量，氬氣和氧氣的混合比例為100:2，使濺射腔室的壓強(qiáng)為0.2Pa;
[0048]3)、待步驟2)所述的濺射腔室的壓強(qiáng)穩(wěn)定在目標(biāo)值后，設(shè)置濺射功率為100w，激活高純碳靶材，開始進(jìn)行濺射沉積碳薄膜，達(dá)到預(yù)設(shè)碳薄膜厚度后停止濺射并關(guān)閉氧氣，其中濺射過程中的微量氧氣形成的氧等離子體可以對(duì)碳薄膜中的SP3進(jìn)行部分刻蝕，并形成內(nèi)部納米孔隙結(jié)構(gòu)；
[0049]4)、控制注入濺射腔室的氬氣流量，使濺射腔室的壓強(qiáng)為0.5Pa，激活金屬Au濺射革巴材，在步驟3)所制備的碳薄膜表面沉積3nm的超薄金屬，取出樣品備用；
[0050]5)、將步驟4)所制備的碳-金屬薄膜置于刻蝕機(jī)中，通入氧氣進(jìn)行選擇性刻蝕，其中步驟4)所制備的超薄金屬作為刻蝕掩蔽，可以有效刻蝕的選擇性，最終形成具有較好孔隙率的多孔碳納米薄膜；
[0051]進(jìn)一步，所述的多孔碳納米薄膜，其特征在于采用兩步刻蝕的方法制備，其中步驟3)為一次刻蝕，步驟5)為二次刻蝕；
[0052]本實(shí)施例中的碳納米薄膜中Sp2含量高于75%，薄膜的孔隙半徑為30nm，孔隙率為30%，多孔碳納米薄膜的厚度為30nm;
[0053]進(jìn)一步，本實(shí)施例所制備的多孔碳納米薄膜可以作為一種寬波段紅外吸收材料，可以實(shí)現(xiàn)3?15um的寬波段高效紅外吸收，基于此可以制備寬波段微測(cè)輻射熱計(jì)。
[0054]實(shí)施例2
[0055]—種多孔碳納米薄膜，采用兩步刻蝕的方法制備，具體包括以下步驟:
[0056]I)、采用磁控濺射的進(jìn)行碳納米薄膜沉積，將碳納米薄膜的沉積基材送入濺射腔室，以高純碳材料作為濺射靶材，在高真空(< 10—5Pa)濺射腔室內(nèi)注入氬氣和氧氣的混合氣體，其中氬氣作為濺射氣氛，氧氣作為反應(yīng)氣氛，；
[0057]2)、控制步驟I)所述的氬氣和氧氣的混合比例和注入氣體總量，氬氣和氧氣的混合比例為100:5，使濺射腔室的壓強(qiáng)為5Pa;
[0058]3)、待步驟2)所述的濺射腔室的壓強(qiáng)穩(wěn)定在目標(biāo)值后，設(shè)置濺射功率為100w，激活高純碳靶材，開始進(jìn)行濺射沉積碳薄膜，達(dá)到預(yù)設(shè)碳薄膜厚度后停止濺射并關(guān)閉氧氣，其中濺射過程中的微量氧氣形成的氧等離子體可以對(duì)碳薄膜中的SP3進(jìn)行部分刻蝕，并形成內(nèi)部納米孔隙結(jié)構(gòu)；
[0059]4)、控制注入濺射腔室的氬氣流量，使濺射腔室的壓強(qiáng)為2Pa，激活金屬Pt濺射靶材，在步驟3)所制備的碳薄膜表面沉積I Onm的超薄金屬，取出樣品備用；
[0060]5)、將步驟4)所制備的碳-金屬薄膜置于刻蝕機(jī)中，通入氧氣進(jìn)行選擇性刻蝕，其中步驟4)所制備的超薄金屬作為刻蝕掩蔽，可以有效刻蝕的選擇性，最終形成具有較好孔隙率的多孔碳納米薄膜；
[0061]進(jìn)一步，所述的多孔碳納米薄膜，其特征在于采用兩步刻蝕的方法制備，其中步驟
3)為一次刻蝕，步驟5)為二次刻蝕；
[0062]本實(shí)施例中的碳納米薄膜中sp2含量高于80%，薄膜的孔隙半徑為50nm，孔隙率為50%，多孔碳納米薄膜的厚度為200nm;
[0063]進(jìn)一步，本實(shí)施例所制備的多空碳納米薄膜可以作為一種寬波段紅外吸收增強(qiáng)材料，可以實(shí)現(xiàn)3?15um的寬波段高效紅外吸收，基于此可以制備紅外吸收增強(qiáng)的微測(cè)輻射熱
i+o
[0064]實(shí)施例3
[0065]—種多孔碳納米薄膜，采用兩步刻蝕的方法制備，具體包括以下步驟:
[0066]I)、采用磁控濺射的進(jìn)行碳納米薄膜沉積，將碳納米薄膜的沉積基材送入濺射腔室，以高純碳材料作為濺射靶材，在高真空(< 10—5Pa)濺射腔室內(nèi)注入氬氣和氧氣的混合氣體，其中氬氣作為濺射氣氛，氧氣作為反應(yīng)氣氛，；
[0067]2)、控制步驟I)所述的氬氣和氧氣的混合比例和注入氣體總量，氬氣和氧氣的混合比例為100:10，使濺射腔室的壓強(qiáng)為20Pa;
[0068]3)、待步驟2)所述的濺射腔室的壓強(qiáng)穩(wěn)定在目標(biāo)值后，設(shè)置濺射功率為50w，激活高純碳靶材，開始進(jìn)行濺射沉積碳薄膜，達(dá)到預(yù)設(shè)碳薄膜厚度后停止濺射并關(guān)閉氧氣，其中濺射過程中的微量氧氣形成的氧等離子體可以對(duì)碳薄膜中的SP3進(jìn)行部分刻蝕，并形成內(nèi)部納米孔隙結(jié)構(gòu)；
[0069]4)、控制注入濺射腔室的氬氣流量，使濺射腔室的壓強(qiáng)為50Pa，激活金屬Cu濺射靶材，在步驟3)所制備的碳薄膜表面沉積15nm的超薄金屬，取出樣品備用；
[0070]5)、將步驟4)所制備的碳-金屬薄膜置于刻蝕機(jī)中，通入氧氣進(jìn)行選擇性刻蝕，其中步驟4)所制備的超薄金屬作為刻蝕掩蔽，可以有效刻蝕的選擇性，最終形成具有較好孔隙率的多孔碳納米薄膜；
[0071]進(jìn)一步，所述的多孔碳納米薄膜，其特征在于采用兩步刻蝕的方法制備，其中權(quán)利要求I中步驟3)為一次刻蝕，其中權(quán)利要求1中步驟5)為二次刻蝕；
[0072]本實(shí)施例中的碳納米薄膜中Sp2含量高于80%，薄膜的孔隙半徑為500nm，孔隙率為70%，多孔碳納米薄膜的厚度為3000nm;
[0073]本實(shí)施例所制備的多孔碳納米薄膜作為一種寬波段紅外吸收材料寬波段紅外吸收材料，其在寬波段微測(cè)輻射熱計(jì)可以實(shí)現(xiàn)3?15um的寬波段高效紅外吸收，在3?5um處的紅外吸收率大于85%，在在8?12um處的紅外吸收率大于90%。
[0074]實(shí)施例4
[0075]—種寬波段微測(cè)輻射熱計(jì)，包括以下制備方法:
[0076]I)選用含有集成電路(R0IC)、鈍化層的硅晶圓片作為硅襯底105，清洗后用氮?dú)獯蹈蓚溆茫?br>[0077]2)在硅襯底105的表面，利用磁控濺射系統(tǒng)，沉積一層厚度為100?100nm的金屬鋁，作為金屬反射層106;
[0078]3)在金屬反射層106的表面光刻出支撐橋墩104圖形，刻蝕該金屬反射層106至娃襯底105上的鈍化層，形成支撐橋墩孔和金屬鋁孤島；
[0079]4)在上述金屬反射層106的表面，旋涂一層厚度為I?4μπι的光敏聚酰亞胺薄膜；
[0080]5)對(duì)聚酰亞胺薄膜進(jìn)行光刻處理，形成聚酰亞胺薄膜孤島和支撐橋墩，然后進(jìn)行亞胺化處理；[0081 ] 6)在聚酰亞胺薄膜孤島和橋墩孔的表面，利用PECVD在300 °C下，沉積厚度為200nm的氮化硅，作為氮化硅支撐層103 ；
[0082]7)在氮化硅支撐層103上采用磁控濺射的方法沉積200nm的氧化釩作為熱敏感層102；
[0083]8)在熱敏感層102上利用磁控濺射的方法沉積200nm的鋁薄膜，并通過光刻、刻蝕等方法對(duì)所沉積的鋁薄膜進(jìn)行圖形化，形成電學(xué)通道，電學(xué)通道將熱敏感層102與硅襯底上的電路結(jié)構(gòu)相連；
[0084]9)在熱敏感層102上利用實(shí)施例1所述的方法制備多孔碳納米薄膜(101)作為寬波段紅外吸收層；
[0085]10)利用微納加工工藝對(duì)多孔碳納米薄膜101、熱敏感層102以及氮化硅支撐層103進(jìn)行圖形化；
[0086]11)采用氧等離子體去氮化硅支撐層103底部的聚酰亞胺薄膜，形成紅外吸收諧振腔107，最終構(gòu)成微測(cè)輻射熱計(jì)。
[0087]本實(shí)施例中，寬波段微測(cè)輻射熱計(jì)可以實(shí)現(xiàn)3?15um的寬波段高效紅外吸收，在3?5um處的紅外吸收率大于70%，在8?12um處的紅外吸收率大于80%，可實(shí)現(xiàn)寬波段紅外成像，對(duì)紅外波段具有高靈敏度檢測(cè)。
[0088]實(shí)施例5
[0089]—種紅外吸收增強(qiáng)的微測(cè)輻射熱計(jì)，包括以下制備方法:
[0090]I)選用含有集成電路(ROIC)、鈍化層的硅晶圓片作為硅襯底206，清洗后用氮?dú)獯蹈蓚溆茫?br>[0091]2)在硅襯底206的表面，利用磁控濺射系統(tǒng)，沉積一層厚度為100?100nm的金屬鋁，作為金屬反射層207;
[0092]3)在金屬反射層(207)的表面光刻出支撐橋墩205圖形，刻蝕該金屬反射層207至硅襯底206上的鈍化層，形成支撐橋墩孔和金屬鋁孤島；
[0093]4)在上述金屬反射層207的表面，旋涂一層厚度為I?4μπι的光敏聚酰亞胺薄膜；
[0094]5)對(duì)聚酰亞胺薄膜進(jìn)行光刻處理，形成聚酰亞胺薄膜孤島和支撐橋墩，然后進(jìn)行亞胺化處理；
[0095]6)在聚酰亞胺薄膜孤島和橋墩孔的表面，利用PECVD在300 °C下，沉積厚度為200nm的氮化硅，作為氮化硅支撐層204 ；
[0096]7)在氮化硅支撐層204上采用磁控濺射的方法沉積200nm的氧化釩作為熱敏感層203；
[0097]8)在熱敏感層203上利用磁控濺射的方法沉積200nm的銅薄膜，并通過光刻、刻蝕等方法對(duì)所沉積的銅薄膜進(jìn)行圖形化，形成電學(xué)通道，電學(xué)通道將熱敏感層203與硅襯底上的電路結(jié)構(gòu)相連；
[0098]9)在熱敏感層203上利用PECVD在300 °C下，沉積厚度為10nm的氮化硅，作為氮化硅紅外吸收層202;
[0099]10)在氮化硅紅外吸收層202上方，利用實(shí)施例2所述的方法制備多孔碳納米薄膜101作為增強(qiáng)紅外吸收層；
[0100]11)利用微納加工工藝對(duì)多孔碳納米薄膜201、氮化硅紅外吸收層202、熱敏感層203以及氮化硅支撐層204進(jìn)行圖形化；
[0101]12)采用氧等離子體去氮化硅支撐層204底部的聚酰亞胺薄膜，形成紅外吸收諧振腔208，最終構(gòu)成微測(cè)輻射熱計(jì)。
[0102]本實(shí)施例中，寬波段微測(cè)輻射熱計(jì)可以實(shí)現(xiàn)3?15um的寬波段高效紅外吸收，在3?5um處的紅外吸收率大于80%，在8?12um處的紅外吸收率大于90%，可實(shí)現(xiàn)寬波段紅外成像，對(duì)紅外波段具有高靈敏度檢測(cè)。
[0103]對(duì)比于沒有多孔碳納米薄膜201作為增強(qiáng)紅外吸收層的微測(cè)輻射熱計(jì)，其在8?12um處的紅外吸收率小于80%，而且在3?5um處的紅外吸收率小于10%。
[0104]本發(fā)明實(shí)施例1-3所制備的寬波段紅外吸收材料，可以應(yīng)用于微測(cè)輻射熱計(jì)中，作為紅外吸收增強(qiáng)材料或者單獨(dú)作為紅外吸收層，不僅提高器件的紅外吸收率和探測(cè)靈敏度，而且可以實(shí)現(xiàn)寬波段紅外吸收，器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝兼容，有優(yōu)異的非制冷紅外探測(cè)性會(huì)K。
[0105]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的方法及技術(shù)內(nèi)容作出些許的更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多孔碳納米薄膜，其特征在于，所述碳納米薄膜中SP2雜化狀態(tài)的碳含量高于75%，薄膜的孔隙半徑為30nm?500nm，孔隙率為30%?70%，多孔碳納米薄膜的厚度為30nm?3000nm。2.—種紅外微測(cè)輻射熱計(jì)，其特征在于，包括如權(quán)利要求1所述多孔碳納米薄膜，所述碳納米薄膜向下依次為熱敏感層，氮化硅支撐層，所述氮化硅支撐層通過支撐橋墩與金屬反射層形成紅外吸收諧振腔，所述金屬反射層位于襯底之上。3.如權(quán)利要求2所述紅外微測(cè)輻射熱計(jì)，其特征在于，所述多孔碳納米薄膜與熱敏感層之間還設(shè)置有氮化硅紅外吸收層。4.如權(quán)利要求1所述多孔碳納米薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)采用磁控濺射的進(jìn)行碳納米薄膜沉積，將碳納米薄膜的沉積基材送入濺射腔室，以高純碳材料作為濺射靶材； 2)在高真空濺射腔室內(nèi)注入氬氣和氧氣的混合氣體，其中氬氣作為濺射氣氛，氧氣作為反應(yīng)氣氛;控制氬氣和氧氣的混合比例和注入氣體總量，使濺射腔室的壓強(qiáng)為0.2Pa?20Pa ； 3)待步驟2)所述的濺射腔室的壓強(qiáng)穩(wěn)定在目標(biāo)值后，設(shè)置濺射功率，激活高純碳靶材，開始進(jìn)行濺射沉積碳薄膜，達(dá)到預(yù)設(shè)碳薄膜厚度后停止濺射并關(guān)閉氧氣，其中濺射過程中的微量氧氣形成的氧等離子體可以對(duì)碳薄膜中的Sp3進(jìn)行部分刻蝕，并形成內(nèi)部納米孔隙結(jié)構(gòu)； 4)控制注入濺射腔室的氬氣流量，使濺射腔室的壓強(qiáng)為0.5Pa?50Pa，激活金屬濺射靶材，在步驟3)所制備的碳薄膜表面沉積3nm?15nm的金屬薄膜，得到碳-金屬薄膜，取出備用； 5)將步驟4)所制備的碳-金屬薄膜置于刻蝕機(jī)中，其中金屬薄膜作為刻蝕掩蔽，通入氧氣進(jìn)行選擇性刻蝕，最終形成多孔碳納米薄膜。5.如權(quán)利要求3所述的多孔碳納米薄膜的制備方法，其特征在于，步驟2)所述氬氣和氧氣的比例為100:2?100:10。6.如權(quán)利要求3所述的多孔碳納米薄膜的制備方法，其特征在于，步驟4)所述金屬包括但不限于 Au、Ag、Pt、Cu、T 1、Cr或Al。7.一種紅外微測(cè)輻射熱計(jì)的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)選用含有集成電路的襯底，預(yù)處理備用； 2)在襯底表面，沉積一層金屬作為金屬反射層； 3)在金屬反射層的表面光刻出支撐橋墩?qǐng)D形，刻蝕該金屬反射層至硅襯底上的鈍化層，形成支撐橋墩孔和金屬孤島； 4)在上述金屬反射層的表面，旋涂一層光敏聚酰亞胺薄膜； 5)對(duì)聚酰亞胺薄膜進(jìn)行光刻處理，形成聚酰亞胺薄膜孤島和支撐橋墩，然后進(jìn)行亞胺化處理； 6)在聚酰亞胺薄膜孤島和橋墩孔的表面，沉積厚度氮化硅，作為氮化硅支撐層； 7)在氮化硅支撐層上沉積熱敏感層； 8)在熱敏感層上沉積導(dǎo)電金屬薄膜，并進(jìn)行圖形化，形成電學(xué)通道，電學(xué)通道將熱敏感層與硅襯底上的電路結(jié)構(gòu)相連； 9)在熱敏感層利用如權(quán)利要求3所述的方法制備多孔碳納米薄膜作為寬波段紅外吸收層； 10)利用微納加工工藝對(duì)多孔碳納米薄膜、熱敏感層以及氮化硅支撐層進(jìn)行圖形化； 11)采用氧等離子體除去氮化硅支撐層底部的聚酰亞胺薄膜，形成紅外吸收諧振腔，最終構(gòu)成微測(cè)輻射熱計(jì)。8.如權(quán)利要求7所述紅外微測(cè)輻射熱計(jì)的制備方法，其特征在于，所述步驟7)還包括在熱敏感層上沉積氮化硅紅外吸收層。
【文檔編號(hào)】B81B7/00GK106006541SQ201610569046
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月19日
【發(fā)明人】楊俊 , 魏興戰(zhàn), 湯林龍, 申鈞, 周大華, 馮雙龍, 史浩飛, 杜春雷
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院