一種非制冷寬波段紅外探測器制造技術

本實用新型專利技術公開了一種非制冷寬波段紅外探測器，其單元器件包括硅基底、支撐層、金屬電極、寬波段紅外吸收層、熱敏感層及懸空孔；熱敏感層置于寬波段紅外吸收層上方或下方的中間；金屬電極置于熱敏感層的兩旁、寬波段紅外吸收層兩端的上方；支撐層置于硅基底上方，懸空孔置于硅基底和支撐層的中間，并穿透了硅基底和支撐層，寬波段紅外吸收層和熱敏感層均置于支撐層上方且完全覆蓋支撐層中間的懸空孔的上端開口。本實用新型專利技術的寬波段紅外吸收層和熱敏感層共同組成紅外敏感層，并結合懸空結構，可極大提高探測器的性能。解決了現有非制冷寬波段紅外探測器工藝復雜、紅外吸收波段窄、紅外吸收率低等問題，實現非制冷寬波段、低成本、高靈敏度紅外探測。

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于光電領域，涉及一種非制冷寬波段紅外探測器。
技術介紹
紅外探測器是現代國防軍事的重要技術，方便官兵在夜晚、煙霧、霧天中的觀察作戰。目前廣泛應用的紅外探測器技術包括制冷和非制冷兩類，其中制冷型紅外成像由于需要復雜的制冷設備，而導致系統笨重，不易于單兵作戰。非制冷紅外成像技術起步較晚，但是發展迅速，其中以氧化釩為敏感單元的非制冷紅外探測器技術已廣泛應用于國防軍事領域。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雜的光學腔體結構。此外，傳統的非制冷寬波段紅外探測器的探測波段單一(8～14μm)，不能實現寬波段(3～14μm)。現有非制冷寬波段紅外探測器結構復雜、工藝復雜、紅外吸收波段窄、紅外吸收率低，尤其在3～5μm波段的非制冷紅外探測技術發展緩慢。其中，寬波段紅外吸收材料是關鍵。因此，必須針對基于石墨烯的微測輻射熱計，必須設計工藝簡單、合理的器件結構，實現寬波段非制冷紅外探測。
技術實現思路
本技術的目的就是為了克服上述
技術介紹
的不足，提供一種非制冷寬波段紅外探測器，采用背面刻蝕工藝制作的通孔作為懸空孔，優化紅外吸收材料與熱敏彈性體的材料、結構與位置，實現低成本、高性能寬波段非制冷紅外探測。本技術所涉及的一種非制冷寬波段紅外探測器，其單元器件包括硅基底101、支撐層102、金屬電極103、寬波段紅外吸收層104、熱敏感層105以及懸空孔106；寬波段紅外吸收層104置于熱敏感層105上方或者下方，且熱敏感層105位于寬波段紅外吸收層104的中間并與其相接觸；金屬電極103置于熱敏感層105的兩旁、寬波段紅外吸收層104兩端的上方，并與寬波段紅外吸收層104相接觸；支撐層102置于硅基底101上方，懸空孔106置于硅基底101和支撐層102的中間，并且穿透了硅基底101和支撐層102，寬波段紅外吸收層104和熱敏感層105均置于支撐層102上方且完全覆蓋了支撐層102中間的懸空孔106的上端開口；寬波段紅外吸收層104采用三維碳納米材料，同時作為導電層，熱敏感層105采用熱敏彈性體；寬波段紅外吸收層104和熱敏感層105共同組成紅外敏感層；寬波段紅外吸收層104厚度為5nm～2μm；懸空孔106的上端開口大小為5μm×5μm～500μm×500μm；支撐層102厚度為20nm～2μm；熱敏感層105厚度為50nm～10μm；金屬電極103厚度為50nm～200nm；單元器件的大小尺寸為7μm×7μm～1000μm×1000μm，寬波段紅外吸收層104的填充因子為42％～94％，即寬波段紅外吸收層104的大小與單元器件的大小比例為42％～94％。進一步，所述單元器件以n×m陣列排列，n和m均為≥1的整數。進一步，所述三維碳納米材料為碳納米管、石墨烯納米墻、三維結構化碳納米薄膜或者碳納米材料與聚合物形成的三維多孔復合材料。進一步，所述硅基底101為常規半導體硅片。進一步，所述支撐層102為氮化硅或二氧化硅中的一種。進一步，所述熱敏彈性體具有良好的熱變形性能，為PDMS、TPU、Ecoflex、紫外固化膠、硅橡膠或聚氨酯橡膠。進一步，所述金屬電極103為金、銀、鋁、銅或鈦金屬中的一種。進一步，本技術所涉及的一種非制冷寬波段紅外探測器的制備方法如下所述。當寬波段紅外吸收層104置于熱敏感層105上方時，非制冷寬波段紅外探測器的制備方法如下：步驟一、在硅基底101正面沉積支撐層102，厚度為20nm～2μm；步驟二、在硅基底101背面制備以n×m陣列排列的懸空孔106，n和m均為≥1的整數，形成了n×m個單元，懸空孔106位于每個單元的中間，懸空孔106穿透了硅基底101，單元的大小尺寸為7μm×7μm～1000μm×1000μm；懸空孔的上端開口大小為5μm×5μm～500μm×500μm；步驟三、在支撐層102表面沉積熱敏彈性體，并以n×m陣列圖形化刻蝕熱敏彈性體，得到了在每個單元內完全覆蓋了懸空孔106的熱敏感層105，厚度為50nm～10μm。步驟四、在熱敏感層105上轉移或沉積三維碳納米材料，并以n×m陣列圖形化刻蝕三維碳納米材料，得到寬波段紅外吸收層104，厚度為5nm～2μm；每個單元內熱敏感層105位于寬波段紅外吸收層104的中間；每個單元內寬波段紅外吸收層104的填充因子為42％～94％；即每個單元內寬波段紅外吸收層104的大小與單元的大小比例為42％～94％。三維碳納米材料為碳納米管、石墨烯納米墻、三維結構化碳納米薄膜或者碳納米材料與聚合物形成的三維多孔復合材料；碳納米管、石墨烯納米墻在熱敏感層105上直接沉積或者先生長后轉移至熱敏感層105上；三維結構化碳納米薄膜通過真空鍍膜的方法直接在熱敏感層105上沉積；碳納米材料與聚合物形成的三維多孔復合材料通過旋涂、印刷、噴墨打印或噴涂方式沉積在熱敏感層105上。步驟五、通過真空蒸鍍及光刻、剝離的微納加工方法在每個單元內熱敏感層105的兩旁、寬波段紅外吸收層104兩端沉積金屬電極103，厚度為50nm～200nm；步驟六、從硅基底101背面通過已有的懸空孔106刻蝕支撐層102，得到穿透硅基底101和支撐層102的懸空孔106。當寬波段紅外吸收層104置于熱敏感層105下方時，非制冷寬波段紅外探測器的制備方法如下：步驟一、在硅基底101正面沉積支撐層102，厚度為20nm～2μm；步驟二、在硅基底101背面制備以n×m陣列排列的懸空孔106，n和m均為≥1的整數，形成了n×m個單元，懸空孔106位于每個單元的中間，懸空孔106穿透了硅基底101，單元的大小尺寸為7μm×7μm～1000μm×1000μm；懸空孔的上端開口大小為5μm×5μm～500μm×500μm；步驟三、在支撐層102表面轉移或沉積三維碳納米材料，并以n×m陣列圖形化刻蝕三維碳納米材料，得到寬波段紅外吸收層104，厚度為5nm～2μm；每個單元內寬波段紅外吸收層104完全覆蓋了懸空孔106，每個單元內的寬波段紅外吸收層104的填充因子為42％～94％；即每個單元內寬波段紅外吸收層104的大小與單元的大小比例為42％～94％。三維碳納米材料為碳納米管、石墨烯納米墻、三維結構化碳納米薄膜或者碳納米材料與聚合物形成的三維多孔復合材料；碳納米管、石墨烯納米墻通過化學氣相沉積的方法直接在支撐層102表面沉積或者轉移至支撐層102上；三維結構化碳納米薄膜通過真空鍍膜的方法直接在支撐層102上沉積；碳納米材料與聚合物形成的三維多孔復合材料通過旋涂、印刷、噴墨打印或噴涂方式沉積在支撐層102上。步驟四、通過真空蒸鍍及光刻、剝離的微納加工方法在每個單元內寬波段紅外吸收層104兩端沉積金屬電極103，厚度為50nm～200nm；步驟五、在寬波段紅外吸收層104中間的表面沉積熱敏彈性體，并以n×m陣列圖形化刻蝕熱敏彈性體，得到了在每個單元內完全覆蓋了懸空孔106的熱敏感層105，厚度為50nm～10μm。每個單元內熱敏感層105位于寬波段紅外吸收層104的中間，金屬電極103在熱敏感層105的兩旁；步驟六、從硅基底101背面通過已有的懸空孔106刻蝕支撐層102，得到穿透硅基底101和支撐層102的懸空孔106。本技術所述紅外探測器靈敏度高本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種非制冷寬波段紅外探測器，其特征在于，其單元器件包括硅基底(101)、支撐層(102)、金屬電極(103)、寬波段紅外吸收層(104)、熱敏感層(105)以及懸空孔(106)；寬波段紅外吸收層(104)置于熱敏感層(105)上方或者下方，且熱敏感層(105)位于寬波段紅外吸收層(104)的中間并與其相接觸；金屬電極(103)置于熱敏感層(105)的兩旁、寬波段紅外吸收層(104)兩端的上方，并與寬波段紅外吸收層(104)相接觸；支撐層(102)置于硅基底(101)上方，懸空孔(106)置于硅基底(101)和支撐層(102)的中間，并且穿透了硅基底(101)和支撐層(102)，寬波段紅外吸收層(104)和熱敏感層(105)均置于支撐層(102)上方且完全覆蓋了支撐層(102)中間的懸空孔(106)的上端開口；寬波段紅外吸收層(104)采用三維碳納米材料，同時作為導電層，熱敏感層(105)采用熱敏彈性體；寬波段紅外吸收層(104)和熱敏感層(105)共同組成紅外敏感層；寬波段紅外吸收層(104)厚度為5nm～2μm；懸空孔(106)的上端開口大小為5μm×5μm～500μm×500μm；支撐層(102)厚度為20nm～2μm；熱敏感層(105)厚度為50nm～10μm；金屬電極(103)厚度為50nm～200nm；單元器件的大小尺寸為7μm×7μm～1000μm×1000μm，寬波段紅外吸收層(104)的填充因子為42％～94％。...

【技術特征摘要】
1.一種非制冷寬波段紅外探測器，其特征在于，其單元器件包括硅基底(101)、支撐層(102)、金屬電極(103)、寬波段紅外吸收層(104)、熱敏感層(105)以及懸空孔(106)；寬波段紅外吸收層(104)置于熱敏感層(105)上方或者下方，且熱敏感層(105)位于寬波段紅外吸收層(104)的中間并與其相接觸；金屬電極(103)置于熱敏感層(105)的兩旁、寬波段紅外吸收層(104)兩端的上方，并與寬波段紅外吸收層(104)相接觸；支撐層(102)置于硅基底(101)上方，懸空孔(106)置于硅基底(101)和支撐層(102)的中間，并且穿透了硅基底(101)和支撐層(102)，寬波段紅外吸收層(104)和熱敏感層(105)均置于支撐層(102)上方且完全覆蓋了支撐層(102)中間的懸空孔(106)的上端開口；寬波段紅外吸收層(104)采用三維碳納米材料，同時作為導電層，熱敏感層(105)采用熱敏彈性體；寬波段紅外吸收層(104)和熱敏感層(105)共同組成紅外敏感層；寬波段紅外吸收層(104)厚度為5nm～2μm；懸空孔(106)的上端開口大小為5μm×5μm～500μm×500μm；支撐層...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊俊，魏興戰，湯林龍，史浩飛，杜春雷，
申請(專利權)人：中國科學院重慶綠色智能技術研究院，
類型：新型
國別省市：重慶;50