專利名稱：紅外探測器及其制作方法及多波段非制冷紅外焦平面的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紅外探測與成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種采用MEMS技術(shù)制作的多波段非制冷紅外焦平面。
背景技術(shù)：
紅外成像技術(shù)作為一種廣泛使用的夜視技術(shù)，與其它夜視技術(shù)(人工照明、微光成像)相比，紅外成像技術(shù)不需要任何輔助照明方式或微光條件，在完全沒有光照條件下直接對(duì)物體的紅外輻射成像。而且紅外成像在霧、云、煙和灰塵等環(huán)境條件下均能提供優(yōu)良的圖像性能，徹底擺脫了人工照明或弱光成像的技術(shù)限制，因此被稱為第三代全天候成像技術(shù)。非制冷紅外成像技術(shù)相對(duì)于制冷型探測器，具有成本低、體積小、功耗低的特點(diǎn)。 隨著非制冷紅外探測器技術(shù)水平的不斷提高，在許多的應(yīng)用場合已經(jīng)逐步取代制冷型紅外探測器，成為更多紅外夜視儀系統(tǒng)廣泛采用的成像核心芯片，從而具有非常廣闊的民事和國防應(yīng)用前景。目前商業(yè)化的非制冷紅外焦平面產(chǎn)品所采用的材料主要有無定形硅(Amorphous silicon( α-Si))、氧化 凡(Vanadium oxide (VOx))禾口鈦酸,思鋇(Barium strontium titanate (BST))三種。非制冷紅外焦平面成像原理可簡述為，當(dāng)探測器吸收外界紅外輻射能量，探測器的溫度會(huì)發(fā)生變化采用無定形硅和氧化釩材料則探測器通過電阻變化將溫度變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；采用鈦酸鍶鋇材料則探測器通過電容變化將溫度變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；然后再根據(jù)電信號(hào)的大小，換算成目標(biāo)物體的溫度，從而得到目標(biāo)物體的溫度分布，對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行成像。目前，非制冷紅外成像波段主要集中在長波紅外波段(8 μ m 14 μ m)，而成像波段位于中波紅外波段(3μπι 5μπι)的產(chǎn)品比較少。這兩個(gè)波段成像均有各自的優(yōu)點(diǎn)長波紅外成像技術(shù)成熟，靈敏度高，對(duì)煙霧的穿透能力比較強(qiáng)，能夠?qū)Υ蟛糠帜繕?biāo)提供優(yōu)異的成像效果；中波紅外成像背景輻射干擾小，在濕度比較大的環(huán)境中可視距離優(yōu)于長波紅外， 在導(dǎo)彈預(yù)警方面有重要的應(yīng)用。由于長波紅外成像和中波紅外成像各具優(yōu)點(diǎn)，且提供不同的光譜信息，所以美國的一些先進(jìn)夜間戰(zhàn)術(shù)成像系統(tǒng)同時(shí)配備有長波紅外和中波紅外成像系統(tǒng)。近年來，多波段紅外成像技術(shù)引起了許多公司和研究機(jī)構(gòu)的興趣。為了實(shí)現(xiàn)多波段成像，紅外成像系統(tǒng)一般采用多個(gè)對(duì)不同波段響應(yīng)的探測器，這樣的系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，體積、重量、功耗均比較大，而且成本高。國外在紅外多波段成像方面，美國雷神公司在2009年12月申請(qǐng)了多波段成像專禾丨J (美國專禾丨J，名稱Dual Band Imager with Visible or SffIR Detectors Combined with Uncooled LffIR Detectors，專利號(hào):US 7, 629, 582 B2,
公開日期:2009. 12.8)。該專利的技術(shù)方案是采用光子型探測器和熱敏型探測器混合集成的方式，光子型探測器作為短波紅外探測器，而熱敏型探測器作為長波紅外探測器。該專利技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)是短波紅外和長波紅外的探測器分別采用不同的器件，而且采用層疊的方式混合集成在一起，短波紅外探測器對(duì)長波紅外具有很高的透過率，所以短波紅外探測器和長波紅外探測器互不影響，分辨率高。缺點(diǎn)是工藝難度很大，由于采用兩種不同原理的器件，讀出電路設(shè)計(jì)非常復(fù)雜。國內(nèi)在紅外多波段成像方面，中國電子科技集團(tuán)公司第十三研究所在2009年12 月申請(qǐng)了一個(gè)雙波段成像專利(中國專利，名稱一種MEMS非制冷雙波段紅外探測器及其制備，申請(qǐng)?zhí)?200910228000. 6，
公開日期2010. 05. 26)。該專利采用通過調(diào)節(jié)光學(xué)諧振腔長度的方式實(shí)現(xiàn)雙波段成像。該專利的優(yōu)點(diǎn)是原理比較簡單，容易設(shè)計(jì)。缺點(diǎn)是采用雙層微橋結(jié)構(gòu)，而且兩層微橋結(jié)構(gòu)分別獨(dú)立，使得結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝實(shí)現(xiàn)難度很大；由于需要額外的對(duì)諧振腔長的控制，也增加了讀出電路設(shè)計(jì)的難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種實(shí)現(xiàn)簡單、可降低成像系統(tǒng)的體積、重量和功耗，且低成本的多波段非制冷紅外焦平面。作為本發(fā)明技術(shù)方案的一方面，提供一種紅外探測器，包括基底結(jié)構(gòu)、微橋結(jié)構(gòu)， 所述基底結(jié)構(gòu)包括含有讀出電路的硅襯底基底、兩個(gè)讀出電路電極、反射層，所述微橋結(jié)構(gòu)包括微橋橋面、兩個(gè)支撐柱、兩個(gè)支撐橋腿，其中，
所述反射層位于所述硅襯底基底的一端面上；所述兩個(gè)讀出電路電極呈對(duì)角線分布， 與所述反射層位于所述硅襯底基底的同一端面上；
所述兩個(gè)支撐橋腿各有一端與所述微橋橋面相連，另一端經(jīng)由所述兩個(gè)支撐柱和兩個(gè)讀出電路電極分別與所述硅襯底基底上的讀出電路相連；使得所述微橋橋面懸空于所述反射層之上，在所述微橋橋面與所述反射層之間形成一光學(xué)諧振腔；
所述微橋橋面自所述光學(xué)諧振腔向上依次分布有支撐層、熱敏層、鈍化層，特別地，所述微橋橋面還包括一電磁波激發(fā)層，所述電磁波激發(fā)層位于所述鈍化層之上，與所述鈍化層緊密接觸。進(jìn)一步地，所述電磁波激發(fā)層通過在極化材料上制作陣列型亞波長微結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步地，所述極化材料為能與外部輸入的紅外輻射信號(hào)發(fā)生耦合作用的金屬材料或者電介質(zhì)材料中的一種。進(jìn)一步地，所述金屬材料為金、銀、鉬、鎳、鈦、鎢中的一種；所述電介質(zhì)材料為碳化硅、氧化鋅、砷化鎵中的一種。進(jìn)一步地，所述陣列型亞波長微結(jié)構(gòu)由多個(gè)微結(jié)構(gòu)單元規(guī)則排列形成。進(jìn)一步地，所述微結(jié)構(gòu)單元的形狀為矩形、圓形、多邊形中的一種或多種。進(jìn)一步地，所述微結(jié)構(gòu)單元的周期基本與欲選波段的中心波長相同，所述微結(jié)構(gòu)單元的尺寸約為周期的一半。作為本發(fā)明技術(shù)方案的另一方面，還提供一種制作紅外探測器的方法，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下，
第一步，制作基底結(jié)構(gòu)利用電子束蒸發(fā)或者磁控濺射方法在硅襯底基底上鍍制鎳鉻、 鋁、或氮化鈦中的一種或幾種金屬，以在所述硅襯底基底的同一端面上形成反射層和兩個(gè)讀出電路電極，再通過剝離工藝、干法刻蝕或者濕法刻蝕方法實(shí)現(xiàn)圖形化；
第二步，制作犧牲層對(duì)光敏型聚酰亞胺或者非光敏型聚酰亞胺采用旋涂方法來制作所述犧牲層；或者，對(duì)二氧化硅或者多晶硅采用化學(xué)氣相沉積的方法來制作所述犧牲層；第三步，制作犧牲層通孔通過光刻方法在由光敏型聚酰亞胺制成的所述犧牲層上制作犧牲層通孔；或者，通過干法刻蝕方法在由非光敏型聚酰亞胺、二氧化硅或者多晶硅制成的所述犧牲層上制作犧牲層通孔；
第四步，制作微橋結(jié)構(gòu)中的支撐層使用氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、或碳化硅中的任一種材料，采用化學(xué)氣相沉積方法制作形成所述支撐層；
第五步，制作微橋結(jié)構(gòu)中的熱敏層對(duì)氧化釩采用反應(yīng)濺射方法鍍制形成所述熱敏層； 或者，對(duì)無定形硅采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法鍍制形成所述熱敏層，然后再通過干法刻蝕實(shí)現(xiàn)圖形化；
第六步，制作微橋結(jié)構(gòu)中的鈍化層使用氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、或碳化硅中的任一種材料，采用化學(xué)氣相淀積方法制作形成所述鈍化層；
第七步，制作讀出電路電極接觸孔和熱敏層接觸孔利用由氧氣與三氟甲烷混合構(gòu)成的刻蝕氣體，采用干法刻蝕方法形成讀出電路電極接觸孔和熱敏層接觸孔；
第八步，制作金屬接觸電極層使用鈦、鋁、氮化鈦、釩中的任一種金屬，采用電子束蒸發(fā)或磁控濺射制作所述金屬接觸電極層，然后再通過干法刻蝕方法實(shí)現(xiàn)圖形化；
第九步，制作微橋結(jié)構(gòu)中的電磁波激發(fā)層采用磁控濺射方法或化學(xué)氣相沉積方法制作形成所述電磁波激發(fā)層，然后再利用干法刻蝕方法或者濕法刻蝕方法實(shí)現(xiàn)圖形化，形成陣列型亞波長微結(jié)構(gòu)；
第十步，刻蝕出微橋結(jié)構(gòu)，去除所述犧牲層，釋放微橋結(jié)構(gòu)先采用干法刻蝕方法刻蝕出微橋結(jié)構(gòu)；再采用下列方法去除所述犧牲層利用氧等離子體干法去除由光敏型聚酰亞胺或者非光敏型聚酰亞胺制成的所述犧牲層；或者，利用氟化氫氣體去除由二氧化硅制成的所述犧牲層；或者，利用氟化氙去除由多晶硅制成的所述犧牲層。進(jìn)一步地，所述電磁波激發(fā)層的厚度為50nm 200nm。作為本發(fā)明技術(shù)方案再一方面，本發(fā)明還提供一種多波段非制冷紅外焦平面，所述焦平面上規(guī)則排布或者不規(guī)則排布有多個(gè)上述能吸收不同波段紅外輻射信號(hào)的紅外探測器。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明技術(shù)方案在現(xiàn)有非制冷紅外探測器技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)，增加一電磁波激發(fā)層，由電磁波激發(fā)層與入射紅外輻射信號(hào)之間發(fā)生耦合作用實(shí)現(xiàn)光譜選擇，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)紅外焦平面的多波段紅外成像。由本發(fā)明技術(shù)方案構(gòu)成的紅外焦平面具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、制作工藝難度系數(shù)低、低成本、高成品率等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)， 由于本發(fā)明是在現(xiàn)有成熟的非制冷探測器工藝上進(jìn)行的改進(jìn)，這就無需再重新設(shè)計(jì)讀出電路，大大縮短了研發(fā)周期、降低研發(fā)成本和產(chǎn)品成本。


圖1為本發(fā)明紅外探測器的結(jié)構(gòu)示意圖2為圖1中的紅外探測器的A-A'剖面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明中電磁波激發(fā)層的陣列型亞波長微結(jié)構(gòu)的第一種構(gòu)成示意圖； 圖4為本發(fā)明中電磁波激發(fā)層的陣列型亞波長微結(jié)構(gòu)的第二種構(gòu)成示意圖； 圖5為本發(fā)明中電磁波激發(fā)層的陣列型亞波長微結(jié)構(gòu)的第三種構(gòu)成示意圖； 圖6為電磁波耦合中心波長與極化材料、陣列排布方式和周期之間的關(guān)系示意圖；圖7a為本發(fā)明中的基底結(jié)構(gòu)在A-A'方向的截面示意圖； 圖7b為本發(fā)明中的犧牲層在A-A'方向的截面示意圖； 圖7c為制作犧牲層通孔后犧牲層在A-A'方向的截面示意圖； 圖7d為本發(fā)明中的支撐層在A-A'方向的截面示意圖； 圖7e為本發(fā)明中的熱敏層在A-A'方向的截面示意圖； 圖7f為本發(fā)明中的鈍化層在A-A'方向的截面示意圖； 圖7g制作電極接觸孔與熱敏層接觸孔后鈍化層在A-A ‘方向的截面示意圖； 圖為本發(fā)明中的金屬接觸電極在A-A'方向的截面示意圖； 圖7i為本發(fā)明中的電磁波激發(fā)層在A-A'方向的截面示意圖； 圖7j為本發(fā)明中的微橋結(jié)構(gòu)在A-A'方向的截面示意圖； 圖8為本發(fā)明中的不同波段的探測器構(gòu)成焦平面的一種排布方式的示意圖； 圖9為本發(fā)明中的不同波段的探測器構(gòu)成焦平面的另一種排布方式的示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(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。作為本發(fā)明技術(shù)方案的一方面，如圖1所示，提供一種紅外探測器包括基底結(jié)構(gòu)、 微橋結(jié)構(gòu)，基底結(jié)構(gòu)包括含有讀出電路的硅襯底基底1、反射層2、兩個(gè)讀出電路電極6，微橋結(jié)構(gòu)包括微橋橋面5、兩個(gè)支撐柱3、兩個(gè)支撐橋腿4。反射層位于硅襯底基底的一端面上；兩個(gè)讀出電路電極呈對(duì)角線分布，與反射層位于硅襯底基底的同一端面上，且與反射層互不接觸。兩個(gè)支撐橋腿各有一端與微橋橋面相連，另一端經(jīng)由兩個(gè)支撐柱和兩個(gè)讀出電路電極分別與硅襯底基底上的讀出電路相連； 使得微橋橋面懸空于反射層之上，在微橋橋面與反射層之間形成一光學(xué)諧振腔。其中，反射層2的材料一般為金屬材料，這是由于金屬材料在紅外波段能夠提供非常高的寬譜反射率，具體材料科可采用鋁、鎳鉻合金、金、氮化鈦等。反射層2與微橋橋面 5之間形成的光學(xué)諧振腔13，可增強(qiáng)探測器對(duì)紅外輻射信號(hào)的吸收率，提高探測器的靈敏度。支撐柱3與支撐橋腿4相互配合，用來支撐微橋橋面5，實(shí)現(xiàn)微橋橋面5與讀出電路之間的電連接，同時(shí)還增大微橋橋面5和硅襯底基底1之間的熱阻，提高探測器的響應(yīng)度。其中，支撐柱3的結(jié)構(gòu)可采用由支撐材料和金屬材料共同構(gòu)成的碗狀結(jié)構(gòu)，也可采用僅通過金屬材料構(gòu)成的塞狀結(jié)構(gòu)。上述金屬材料一般采用電導(dǎo)率大的鋁、鎳、鈦、釩等金屬。橋腿4 一般由包括介質(zhì)支撐層和金屬導(dǎo)電層的多層結(jié)構(gòu)構(gòu)成。微橋橋面5自光學(xué)諧振腔13向上依次分布有支撐層8、熱敏層9、鈍化層10、電磁波激發(fā)層12，電磁波激發(fā)層12位于鈍化層10之上，與鈍化層10緊密接觸。本發(fā)明通過電磁波激發(fā)層12與入射的紅外輻射信號(hào)14之間發(fā)生耦合作用來實(shí)現(xiàn)光譜選擇，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)由本發(fā)明的探測器構(gòu)成的紅外焦平面的多波段紅外成像。參見圖3、圖4、圖5，電磁波激發(fā)層12通過在極化材料上制作陣列型亞波長微結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步地，上述極化材料為能與外部輸入的紅外輻射信號(hào)發(fā)生耦合作用的金屬材料或者電介質(zhì)材料中的一種。具體地，金屬材料可為金、銀、鉬、鎳、鈦、鎢中的一種；電介質(zhì)材料(dielectric material)可為碳化硅、氧化鋅、砷化鎵中的一種。參見圖3、圖4、圖5，陣列型亞波長微結(jié)構(gòu)由多個(gè)微結(jié)構(gòu)單元15/16規(guī)則排列形成， 陣列型亞波長微結(jié)構(gòu)選取的波段由所述微結(jié)構(gòu)單元15/16的形狀、尺寸、和周期決定。微結(jié)構(gòu)單元的形狀可為矩形、圓形、多邊形中的一種或多種，此外，吸收波段還與微結(jié)構(gòu)單元的尺寸、周期的選取有關(guān)。如圖3所示，若微結(jié)構(gòu)單元15為矩形，則微結(jié)構(gòu)單元 15的尺寸即為邊長L，P為周期；如圖4、圖5所示，若微結(jié)構(gòu)單元16為圓形，則微結(jié)構(gòu)單元 16的尺寸即為半徑R，P為周期。一般而言，周期基本與欲選波段的中心波長相同，即周期在欲選波段的中心波長附近選值，微結(jié)構(gòu)單元的尺寸約為周期的一半。具體如下對(duì)于中波紅外波段(即波長為3 μ m 5 μ m的波段，則中心波長為4 μ m)和長波紅外波段(即波長為8 μ m 14 μ m的波段，則中心波長為11 μ m)而言，周期的選取范圍可以從幾微米到二十幾微米，尺寸大小可以從幾微米到十幾微米范圍內(nèi)選值。此外，還要根據(jù)極化材料的選取情況，在上述周期與尺寸選值的基礎(chǔ)上計(jì)算做一些微調(diào)，以使電磁波激發(fā)層12激發(fā)波長與所選波段相對(duì)應(yīng)。具體地可按如下步驟選取周期首先，根據(jù)選取的極化材料的介電常數(shù)獲得一基準(zhǔn)周期；其次，在微結(jié)構(gòu)單元的材料、形狀、周期、尺寸均確定的情況下進(jìn)行仿真，若仿真結(jié)果顯示激發(fā)出的波長與所選波段的波長之間存在偏差，則微調(diào)基準(zhǔn)周期后，再進(jìn)行仿真，直至激發(fā)出的波長與所選波段相應(yīng)為止。作為本發(fā)明技術(shù)方案的另一方面，還提供一種制作紅外探測器的方法，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下，
第一步，制作基底結(jié)構(gòu)利用電子束蒸發(fā)、磁控濺射等方法在硅襯底基底1上鍍制鎳鉻 (NiCr)、鋁(Al)、或氮化鈦(TiN)等一種或幾種金屬，以在硅襯底基底1的同一端面上形成反射層2和兩個(gè)讀出電路電極6，厚度可為50nm 300nm ；然后再通過剝離工藝、干法刻蝕或者濕法刻蝕方法實(shí)現(xiàn)圖形化。作為本步驟的實(shí)施例，采用電子束蒸發(fā)鍍制MCr，形成厚度為50nm 300nm的反射層2和讀出電路6，然后再采用濕法刻蝕方法實(shí)現(xiàn)圖形化，參見圖 7a0第二步，制作犧牲層7，參見圖7b。本步驟根據(jù)選材不同，有以下兩種實(shí)現(xiàn)方式若選用光敏型聚酰亞胺或者非光敏型聚酰亞胺(PI :p0lyimide)，則可對(duì)PI采用旋涂方法制作犧牲層7 ；若選用二氧化硅(SiO2)或多晶硅(poly-silicon)，則對(duì)二氧化硅或者多晶硅采用化學(xué)氣相沉積的方法制作犧牲層7。犧牲層7的厚度為Imm 3mm，作為本步驟的一個(gè)實(shí)施例，犧牲層 厚度為2. 5mm。第三步，制作犧牲層通孔71，參見圖7c。本步驟根據(jù)制作犧牲層7的材料的不同， 有以下兩種實(shí)現(xiàn)方式若選用光敏型PI制作的犧牲層7，則通過光刻方法在犧牲層7上制作犧牲層7通孔；若選用非光敏型PI、二氧化硅或者多晶硅制成的犧牲層7，則通過RIE干法刻蝕方法在犧牲層7上制作犧牲層7通孔。其中，RIE干法刻蝕氣體一般為氧氣(O2)、三氟甲烷(CHF3)、四氟化碳(CF4)、六氟化硫(SF6)等。通過優(yōu)化刻蝕工藝，使得犧牲層通孔71 的側(cè)壁具有一定傾斜角度，以利于臺(tái)階覆蓋，降低點(diǎn)連接失效概率，提高微橋結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和良率。第四步，制作微橋結(jié)構(gòu)100中的支撐層8 使用氮化硅(SiNx)、二氧化硅(SiO2)、氮氧化硅(SiON)、或碳化硅(SiC)中的任一種材料，采用化學(xué)氣相沉積方法制作形成支撐層8，支撐層8厚度為50nm 300nm，參見圖7d。另外，需要說明的是，若上述第二步制作犧牲層7選用的是SiO2,則本步驟中，不能與犧牲層7選用相同的材料，即不能選用SiO2,這樣可以防止在后續(xù)釋放微橋結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)支撐層8產(chǎn)生影響。第五步，制作微橋結(jié)構(gòu)100中的熱敏層9，本步驟根據(jù)選材不同，有以下兩種實(shí)現(xiàn)方式若選用氧化釩(V0X)，則可對(duì)VOx采用反應(yīng)濺射方法鍍制形成熱敏層9 ；若選用無定形硅(α -Si)，則可對(duì)α -Si采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法鍍制形成熱敏層9，熱敏層9 的厚度為50nm 300nm。然后再通過RIE干法刻蝕實(shí)現(xiàn)圖形化，參見圖7e。第六步，制作微橋結(jié)構(gòu)100中的鈍化層10 使用氮化硅(SiNx)、二氧化硅(Si02)、 氮氧化硅(SiON)、或碳化硅(SiC)中的任一種材料，采用化學(xué)氣相淀積方法制作形成鈍化層10，鈍化層10厚度為50nm 300nm，參見圖7f。另外，需要說明的是，若上述第二步制作犧牲層7選用的是SiO2，則本步驟中，也不能與犧牲層7選用相同的材料，即不能選用SiO2, 同樣可防止在后續(xù)釋放微橋結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)鈍化層10產(chǎn)生影響。第七步，制作讀出電路電極接觸孔19和熱敏層接觸孔20 利用由氧氣(O2)與三氟甲烷(CHF3)混合構(gòu)成的刻蝕氣體，采用RIE干法刻蝕出讀出電路電極接觸孔19和熱敏層接觸孔20，參見圖7g。第八步，制作金屬接觸電極層11 使用鈦(Ti)、鋁(Al)、氮化鈦(TiN)^A(V)中的任一種金屬材料，采用電子束蒸發(fā)或磁控濺射制作金屬接觸電極層11，厚度50nm 200nm ； 然后再通過RIE干法刻蝕實(shí)現(xiàn)圖形化，刻蝕氣體一般可為氬氣(Ar)、三氟甲烷(CHF3)、三氯化硼(BCl3)、氯氣(Cl2)等，參見圖7h。第九步，制作微橋結(jié)構(gòu)100中的電磁波激發(fā)層12 對(duì)極化材料采用磁控濺射方法制作或化學(xué)氣相沉積方法形成電磁波激發(fā)層12，然后再利用干法刻蝕方法或者濕法刻蝕方法實(shí)現(xiàn)圖形化，形成陣列型亞波長微結(jié)構(gòu)；作為本步驟的一個(gè)實(shí)施例對(duì)金(Au)采用磁控濺射方法制作，形成厚度為50nm 200nm的電磁波激發(fā)層12 ；然后再利用碘化鉀(KI)與碘 (I2)的溶液濕法刻蝕方法實(shí)現(xiàn)圖形化。不同的探測器上制作的微結(jié)構(gòu)的尺寸和周期根據(jù)不同的響應(yīng)波段進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)多波段成像，參見圖7i。第十步，刻蝕微橋結(jié)構(gòu)100，去除犧牲層7，釋放微橋結(jié)構(gòu)100 首先采用光刻方法實(shí)現(xiàn)微橋結(jié)構(gòu)的圖形化；然后利用CHF3與&混合干法刻蝕鈍化層10和支撐層8，直到露出犧牲層7為止，至此刻蝕出微橋結(jié)構(gòu)100 ；最后再根據(jù)制作犧牲層7的選材，采用下列三種方式去除犧牲層7 若選用光敏型聚酰亞胺或者非光敏型聚酰亞胺制成犧牲層7，則采用氧等離子體干法去除犧牲層7 ；若采用S^2制成的犧牲層7，則利用氟化氫(HF)氣體去除犧牲層7 ；若采用多晶硅制成的犧牲層7，則利用氟化氙(XeF2)去除犧牲層7。經(jīng)上述步驟，即可形成微橋結(jié)構(gòu)100，參見圖7j。作為本發(fā)明技術(shù)方案再一方面，本發(fā)明還提供一種多波段非制冷紅外焦平面，焦平面上規(guī)則排布或者不規(guī)則排布有多個(gè)上述能吸收不同波段紅外輻射信號(hào)的紅外探測器。 采用本發(fā)明的技術(shù)方案，只需要單個(gè)焦平面，通過在焦平面上的不同探測器上制作不同形狀和陣列的亞波長微結(jié)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)多波段成像。不同波段響應(yīng)的探測器可采用不同的排布方式，如雙波段非制冷焦平面201/202 的中波段紅外探測器17和長波段紅外探測器18可有如下兩種排布方式
如圖8所示，雙波段非制冷焦平面201采用棋盤形式排列，分辨率在水平和垂直兩個(gè)方向上按同樣比例降低。也就是，若吸收中波段的紅外輻射信號(hào)，則在水平和垂直兩個(gè)方向每隔一個(gè)長波段紅外探測器18，提取一個(gè)經(jīng)中波段紅外探測器17采集獲得的圖像，與全部分布中波段紅外探測器17的焦平面相比，分辨率在水平和垂直方向上均降低了一半。如圖9所示，雙波段非制冷焦平面202采用在水平方向上隔行排列的方式排布，則分辨率在水平方向上降低一半，垂直方向上保持不變。也就是，若吸收長波段紅外輻射信號(hào)，則在水平方向上每隔一個(gè)中波段紅外探測器17，提取一個(gè)經(jīng)長波段紅外探測器18采集獲得的圖像，與全部分布長波段紅外探測器18的焦平面相比，分辨率在水平方向上降低了一半，但是垂直方向上分辨率不改變。同理，也可在垂直方向上隔行排列形成紅外焦平面。上述圖8、圖9所示的紅外焦平面上的中波段紅外探測器17與長波段紅外探測器 18均為規(guī)則排布，此外，多個(gè)中波段紅外探測器17和多個(gè)長波段紅外探測器18還可不規(guī)則排布。在需要中波段紅外輻射信號(hào)圖像時(shí)，提取經(jīng)中波段紅外探測器17獲取的圖像信息； 在需要長波段紅外輻射信號(hào)圖像時(shí)，則提取經(jīng)由長波段紅外探測器18獲取的圖像信息；或者也可以同時(shí)對(duì)中波段和長波段紅外輻射成像，然后再通過后續(xù)的圖像處理分別獲得中波紅外輻射圖像和長波紅外輻射圖像，具體方法如下因?yàn)樵诮蛊矫嬷谱魍瓿珊?，其上分布的中波段紅外探測器17與長波段紅外探測器18的位置關(guān)系是固定的，這樣在得到整個(gè)焦平面獲取的圖像數(shù)據(jù)后，可根據(jù)需要，比如需要中波段紅外輻射信號(hào)圖像，則從獲得的焦平面圖像數(shù)據(jù)中提取出由焦平面上分布的中波段紅外探測器17獲得的圖像信息構(gòu)成中波紅外輻射圖像，若需要長波段紅外輻射信號(hào)圖像，則從獲得的焦平面圖像數(shù)據(jù)中提取出由焦平面上分布的長波段紅外探測器18獲得的圖像信息構(gòu)成長波紅外輻射圖像。本發(fā)明通過在探測器表面制作亞波長微結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)多波段成像，但是本方法不僅限于非制冷紅外探測器，還可應(yīng)用于其它類型探測成像技術(shù)中，例如在制冷型探測器、CMOS 傳感器、CCD傳感器等成像芯片上均可以使用，以實(shí)現(xiàn)多波段成像。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種紅外探測器，包括基底結(jié)構(gòu)、微橋結(jié)構(gòu)，所述基底結(jié)構(gòu)包括含有讀出電路的硅襯底基底、兩個(gè)讀出電路電極、反射層，所述微橋結(jié)構(gòu)包括微橋橋面、兩個(gè)支撐柱、兩個(gè)支撐橋腿，其中，所述反射層位于所述硅襯底基底的一端面上；所述兩個(gè)讀出電路電極呈對(duì)角線分布， 與所述反射層位于所述硅襯底基底的同一端面上，且與所述反射層互不接觸；所述兩個(gè)支撐橋腿各有一端與所述微橋橋面相連，另一端經(jīng)由所述兩個(gè)支撐柱和兩個(gè)讀出電路電極分別與所述硅襯底基底上的讀出電路相連；使得所述微橋橋面懸空于所述反射層之上，在所述微橋橋面與所述反射層之間形成一光學(xué)諧振腔；所述微橋橋面自所述光學(xué)諧振腔向上依次分布有支撐層、熱敏層、鈍化層，其特征在于，所述微橋橋面還包括一電磁波激發(fā)層，所述電磁波激發(fā)層位于所述鈍化層之上，與所述鈍化層緊密接觸。
2.按照權(quán)利要求1所述的紅外探測器，其特征在于，所述電磁波激發(fā)層通過在極化材料上制作陣列型亞波長微結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。
3.按照權(quán)利要求2所述的紅外探測器，其特征在于，所述極化材料為能與外部輸入的紅外輻射信號(hào)發(fā)生耦合作用的金屬材料或者電介質(zhì)材料中的一種。
4.按照權(quán)利要求3所述的紅外探測器，其特征在于， 所述金屬材料為金、銀、鉬、鎳、鈦、鎢中的一種； 所述電介質(zhì)材料為碳化硅、氧化鋅、砷化鎵中的一種。
5.按照權(quán)利要求2所述的紅外探測器，其特征在于，所述陣列型亞波長微結(jié)構(gòu)由多個(gè)微結(jié)構(gòu)單元規(guī)則排列形成。
6.按照權(quán)利要求5所述的紅外探測器，其特征在于，所述微結(jié)構(gòu)單元的形狀為矩形、圓形、多邊形中的一種或多種。
7.按照權(quán)利要求5或6所述的紅外探測器，其特征在于，所述微結(jié)構(gòu)單元的周期基本與欲選波段的中心波長相同，所述微結(jié)構(gòu)單元的尺寸約為周期的一半。
8.一種制作紅外探測器的方法，其特征在于，第一步，制作基底結(jié)構(gòu)利用電子束蒸發(fā)或者磁控濺射方法在硅襯底基底上鍍制鎳鉻、 鋁、或氮化鈦中的一種或幾種金屬，以在所述硅襯底基底的同一端面上形成反射層和兩個(gè)讀出電路電極，再通過剝離工藝、干法刻蝕或者濕法刻蝕方法實(shí)現(xiàn)圖形化；第二步，制作犧牲層對(duì)光敏型聚酰亞胺或者非光敏型聚酰亞胺采用旋涂方法來制作所述犧牲層；或者，對(duì)二氧化硅或者多晶硅采用化學(xué)氣相沉積方法來制作所述犧牲層；第三步，制作犧牲層通孔通過光刻方法在由光敏型聚酰亞胺制成的所述犧牲層上制作犧牲層通孔；或者，通過干法刻蝕方法在由非光敏型聚酰亞胺、二氧化硅或者多晶硅制成的所述犧牲層上制作犧牲層通孔；第四步，制作微橋結(jié)構(gòu)中的支撐層使用氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、或碳化硅中的任一種材料，采用化學(xué)氣相沉積方法制作形成所述支撐層；第五步，制作微橋結(jié)構(gòu)中的熱敏層對(duì)氧化釩采用反應(yīng)濺射方法鍍制形成所述熱敏層； 或者，對(duì)無定形硅采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法鍍制形成所述熱敏層；然后再通過干法刻蝕實(shí)現(xiàn)圖形化；第六步，制作微橋結(jié)構(gòu)中的鈍化層使用氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、或碳化硅中的任一種材料，采用化學(xué)氣相淀積方法制作形成所述鈍化層；第七步，制作讀出電路電極接觸孔和熱敏層接觸孔利用由氧氣與三氟甲烷混合構(gòu)成的刻蝕氣體，采用干法刻蝕方法形成讀出電路電極接觸孔和熱敏層接觸孔；第八步，制作金屬接觸電極層使用鈦、鋁、氮化鈦、釩中的任一種金屬，采用電子束蒸發(fā)或磁控濺射制作所述金屬接觸電極層，然后再通過干法刻蝕方法實(shí)現(xiàn)圖形化；第九步，制作微橋結(jié)構(gòu)中的電磁波激發(fā)層采用磁控濺射方法或化學(xué)氣相沉積方法制作形成所述電磁波激發(fā)層，然后再利用干法刻蝕方法或者濕法刻蝕方法實(shí)現(xiàn)圖形化，形成陣列型亞波長微結(jié)構(gòu)；第十步，刻蝕出微橋結(jié)構(gòu)，去除所述犧牲層，釋放微橋結(jié)構(gòu)先采用干法刻蝕方法刻蝕出微橋結(jié)構(gòu)；再采用下列方法去除所述犧牲層利用氧等離子體干法去除由光敏型聚酰亞胺或者非光敏型聚酰亞胺制成的所述犧牲層；或者，利用氟化氫氣體去除由二氧化硅制成的所述犧牲層；或者，利用氟化氙去除由多晶硅制成的所述犧牲層。
9.按照權(quán)利要求8所述的制作紅外探測器的方法，其特征在于，所述電磁波激發(fā)層的厚度為50nm 200nm。
10.一種多波段非制冷紅外焦平面，其特征在于，所述焦平面上規(guī)則排布或者不規(guī)則排布有多個(gè)如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的能吸收不同波段紅外輻射信號(hào)的紅外探測器。
全文摘要
本發(fā)明紅外探測器包括基底結(jié)構(gòu)、微橋結(jié)構(gòu)，基底結(jié)構(gòu)包括含有讀出電路的硅襯底基底、兩個(gè)讀出電路電極、反射層，微橋結(jié)構(gòu)包括微橋橋面、兩個(gè)支撐柱、兩個(gè)支撐橋腿。反射層位于硅襯底基底的一端面上；兩個(gè)讀出電路電極呈對(duì)角線分布，與反射層位于硅襯底基底的同一端面上，且互不接觸；兩個(gè)支撐橋腿各有一端與橋面相連，另一端經(jīng)由支撐柱、讀出電路電極分別與讀出電路相連；使橋面懸空于反射層之上，二者之間形成光學(xué)諧振腔；橋面自光學(xué)諧振腔向上分布有支撐層、熱敏層、鈍化層、電磁波激發(fā)層。此外，還提供一種制作探測器的方法及多波段紅外焦平面。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)一種結(jié)構(gòu)簡單、體積小、制作工藝難度低、低成本、高成品率的多波段非制冷紅外焦平面。
文檔編號(hào)G01J5/10GK102175329SQ20101056847
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者梁華鋒, 王宏臣, 陳文禮, 魏慧娟 申請(qǐng)人:煙臺(tái)睿創(chuàng)微納技術(shù)有限公司