熱電堆紅外探測(cè)器、陣列及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種熱電堆紅外探測(cè)器及其陣列，所述熱電堆紅外探測(cè)器包括支撐部件，熱電偶部件和紅外吸收部件，其中，所述支撐部件包括支撐柱和空腔，熱電偶部件懸空于所述支撐部件上方，熱電偶部件的冷端與支撐柱連接；紅外吸收部件位于熱電偶部件上方，紅外吸收部件與熱電偶部件的熱端連接。相應(yīng)地，本發(fā)明專利技術(shù)還提供一種熱電堆紅外探測(cè)器的制備方法。所述熱電堆紅外探測(cè)器的紅外吸收部件與熱電偶部件不在同一平面內(nèi)，紅外吸收部件的面積不受熱電偶對(duì)數(shù)的限制，最大可以覆蓋全部熱電偶部件，有利于提高紅外吸收效率。紅外吸收層采用黑硅材料，其制備方法與半導(dǎo)體IC工藝兼容，有利于降低探測(cè)器制備成本。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及紅外探測(cè)器領(lǐng)域，特別是涉及熱電堆紅外探測(cè)器領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
隨著紅外探測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，紅外探測(cè)器作為核心部件已經(jīng)應(yīng)用于紅外測(cè)溫、紅外檢測(cè)、紅外報(bào)警、紅外成像、紅外制導(dǎo)等領(lǐng)域。熱電堆紅外探測(cè)器是熱敏探測(cè)器中的一種，主要是利用溫差電效應(yīng)來(lái)檢測(cè)物體溫度的變化。熱電堆是由兩個(gè)或多個(gè)熱電偶串接組成，各熱電偶輸出的熱電勢(shì)互相疊加就是熱電堆的熱電勢(shì)。對(duì)于通常的熱電堆紅外探測(cè)器，表征其特性的一個(gè)重要的參數(shù)是響應(yīng)率，響應(yīng)率與紅外吸收效率，探測(cè)器熱導(dǎo)，熱電偶對(duì)數(shù)等因素有關(guān)。其中，紅外吸收效率由紅外探測(cè)器的吸收面積決定，吸收區(qū)面積越大，紅外輻射能轉(zhuǎn)化為熱能效率越高，因而探測(cè)器的響應(yīng)率也越高。·目前，常規(guī)的熱電堆紅外探測(cè)器采用單層MEMS (Micro-electromechanicalSystems,微機(jī)電系統(tǒng))的懸空結(jié)構(gòu)，見圖I (來(lái)源120X90Element Thermopile ArrayFabricated with CMOS Technology, M. Hirota, Y. Nakajima, Infrared Technology andApplications, 2003)，在襯底上包括含有多對(duì)η型硅和ρ型硅的熱電偶101懸空部件，熱電偶圍繞在吸熱區(qū)102外邊緣，熱電偶的冷端103與襯底相連，熱端104與吸熱區(qū)102相連。吸熱區(qū)吸收的紅外輻射傳導(dǎo)到熱電偶，轉(zhuǎn)化成熱電偶熱端與冷端的電勢(shì)。其中，吸熱區(qū)102采用金黑涂層、銀黑涂層以及其他的材料作為吸收材料，來(lái)提高器件的紅外吸收率。從熱電堆紅外傳感器的俯視圖I可以看出，有2對(duì)熱電偶的熱電堆探測(cè)器，被熱電偶包圍的吸熱區(qū)102占整個(gè)傳感器表面積的比例約1/4。實(shí)際上，為了提高熱電堆探測(cè)器的響應(yīng)率，通常需要制作包含多對(duì)熱電偶的熱電堆紅外探測(cè)器。采用現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)，隨著熱電偶對(duì)數(shù)的增加，勢(shì)必縮小吸熱區(qū)的面積。探測(cè)器吸熱區(qū)面積的縮小，使探測(cè)器的紅外吸收能力降低，不利于探測(cè)器吸收率的提高。另外，現(xiàn)有的一些熱電堆探測(cè)器，采用金黑涂層、銀黑涂層以及其他的材料作為吸收材料來(lái)提高器件的紅外吸收率。但是金黑涂層、銀黑涂層一般采用電阻加熱真空蒸鍍法制作，這種工藝與IC(Integrated Circuit,集成電路)工藝不兼容。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的主要目的是提供一種熱電堆紅外探測(cè)器、陣列及其制備方法，制作了紅外吸收區(qū)面積不受熱電偶對(duì)數(shù)影響的熱電堆紅外探測(cè)器。為了達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)提供一種熱電堆紅外探測(cè)器，包括支撐部件，熱電偶部件和紅外吸收部件。其中，所述支撐部件包括支撐柱和空腔；熱電偶部件懸空于所述支撐部件上方，其冷端與支撐部件的支撐柱連接；紅外吸收部件位于所述熱電偶部件上方，所述熱電偶部件的熱端與紅外吸收部件連接。優(yōu)選地，所述的熱電堆紅外探測(cè)器的紅外吸收部件為平面形狀，平面狀紅外吸收部件覆蓋在所述熱電偶部件上方，其下表面與所述熱電偶部件的熱端連接。優(yōu)選地，所述的熱電堆紅外探測(cè)器的紅外吸收部件包括凹形支撐體和延伸翼，所述凹形支撐體的下端與所述熱電偶的熱端連接；所述的延伸翼的一端與所述凹形支撐體的上端連接，另一端向凹形外延伸。其中，所述熱電堆紅外探測(cè)器的紅外吸收部件包括吸收支撐層和紅外吸收層，所述吸收支撐層的下表面與熱電偶部件的熱端連接；所述紅外吸收層沉積在所述吸收支撐層的上表面。優(yōu)選地，所述熱電堆紅外探測(cè)器的紅外吸收層為黑硅材料。 優(yōu)選地，所述熱電堆紅外探測(cè)器的紅外吸收支撐層為二氧化硅或氮化硅。優(yōu)選地，所述熱電堆紅外探測(cè)器的紅外吸收部件覆蓋全部熱電偶部件。優(yōu)選地，所述熱電堆紅外探測(cè)器的支撐部件由單晶硅形成，該支撐部件包括位于熱電偶部件下方的支撐柱、釋放阻擋氧化層和空腔。優(yōu)選地，所述熱電堆紅外探測(cè)器的支撐部件由類絕緣體上硅中的底層非晶硅形成，所述支撐部件包括位于熱電偶部件下方的支撐柱、釋放阻擋氧化層和空腔，其中，所述的類絕緣體上硅包括底層非晶硅、氧化層、頂層多晶硅。本專利技術(shù)還提供一種熱電堆紅外探測(cè)器陣列，包括所述的熱電堆紅外探測(cè)器單元，所述熱電堆紅外探測(cè)器單元的熱電偶部件包括至少2層金屬連線用來(lái)讀出紅外探測(cè)結(jié)果。相應(yīng)地，本專利技術(shù)還提供一種熱電堆紅外探測(cè)器制備方法，包括步驟在襯底上制備支撐部件的支撐柱；在所述支撐部件上制備冷端與支撐柱連接的熱電偶部件；在所述熱電偶部件上制備與熱電偶部件的熱端連接的紅外吸收部件；制備所述支撐部件的空腔和懸空的熱電偶部件。優(yōu)選地，所述熱電堆紅外探測(cè)器制備方法，在所述熱電偶部件上方制備與熱電偶部件的熱端連接的紅外吸收部件，制備的紅外吸收部件包括吸收支撐層和沉積在吸收支撐層表面的紅外吸收層。優(yōu)選地，所述熱電堆紅外探測(cè)器制備方法，在熱電偶部件上方制備與熱電偶部件的熱端連接的紅外吸收部件，包括在熱電偶部件上制備紅外吸熱部件的犧牲層；在所述犧牲層上制備露出熱電偶部件的熱端的立柱窗口 ；在所述包括立柱窗口的犧牲層上制備吸收支撐層；在所述吸收支撐層上制作紅外吸收層。優(yōu)選地，所述熱電堆紅外探測(cè)器制備方法，采用類絕緣體上硅中的底層非晶硅作支撐部件，所述支撐柱制備過(guò)程包括如下步驟在單晶硅襯底上沉積阻擋氧化層；在阻擋氧化層上制備位于所述支撐柱與單晶硅襯底的接觸窗口 ；在包含接觸窗口的阻擋氧化層上沉積支撐部件的犧牲層，所述犧牲層為非晶硅；在所述支撐部件的犧牲層上制備位于所述接觸窗口位置的一對(duì)隔離槽；在上述隔離槽內(nèi)填充氧化物阻擋材料，所述隔離槽以及之間的犧牲層共同構(gòu)成了支撐柱。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)熱電堆紅外探測(cè)器的紅外吸收部件位于懸空的熱電偶部件上方，與懸空的熱電偶部件的熱端相連，紅外吸收部件與熱電偶不在同一平面，所以紅外吸收部件的面積不受熱電偶懸空部件中熱電偶對(duì)數(shù)的影響，最大可以覆蓋整個(gè)熱電偶懸空部件。紅外探測(cè)器的吸收面積增大，能夠使更多的紅外輻射能轉(zhuǎn)化為熱能，可以提高探測(cè)器的響應(yīng)率。另外，本專利技術(shù)的熱電堆紅外探測(cè)器，在尺寸小于50um時(shí)，還可以制作成焦平面陣列，有利于進(jìn)一步提高探測(cè)器的響應(yīng)率。本專利技術(shù)采用懸空的熱電偶部件支撐吸熱層的方法，將熱電偶的熱端與紅外吸熱部件連接，整個(gè)探測(cè)器制作過(guò)程中懸空的熱電偶部件和吸熱部件都采用通常的IC工藝制作，解決了金黑涂層制作工藝與IC工藝不兼容的問(wèn)題，能夠降低探測(cè)器的制作成本。附圖說(shuō)明通過(guò)附圖所示，本專利技術(shù)的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本專利技術(shù)的主旨。 圖I為
技術(shù)介紹
的熱電堆紅外探測(cè)器的俯視圖；圖2為本專利技術(shù)熱電堆紅外探測(cè)器的俯視圖；圖3為本專利技術(shù)的熱電堆紅外探測(cè)器沿圖2中AB線的剖面圖；圖4為本專利技術(shù)的熱電堆紅外探測(cè)器的制備流程圖；圖5至圖8為本專利技術(shù)采用單晶硅襯底作支撐部件時(shí)的支撐柱制備過(guò)程剖面示意圖；圖9和圖10為本專利技術(shù)采用類絕緣體上硅中的底層非晶硅形成支撐部件時(shí)的支撐柱制備過(guò)程中的剖面示意圖；圖11和圖12為本專利技術(shù)的熱電偶部件制備過(guò)程中的剖面示意圖；圖13為本專利技術(shù)的熱電堆紅外探測(cè)器陣列示意圖；圖14為本專利技術(shù)采用類絕緣體上硅中的底層非晶硅形成支撐部件時(shí)的熱電偶部件第2層接觸金屬制備過(guò)程中的剖面示意圖；圖15為本專利技術(shù)采用類絕緣體上硅中的底層非晶硅形成支撐部件時(shí)的熱電偶部件接觸孔制備過(guò)程中的剖面示意圖；圖16和圖17為本專利技術(shù)采用類絕緣體上硅中的本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種熱電堆紅外探測(cè)器，包括支撐部件，熱電偶部件和紅外吸收部件，其特征在于：所述支撐部件包括支撐柱和空腔；熱電偶部件懸空于所述支撐部件上方，其冷端與支撐部件的支撐柱連接；紅外吸收部件位于所述熱電偶部件上方，所述熱電偶部件的熱端與紅外吸收部件連接。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種熱電堆紅外探測(cè)器，包括支撐部件，熱電偶部件和紅外吸收部件，其特征在于 所述支撐部件包括支撐柱和空腔； 熱電偶部件懸空于所述支撐部件上方，其冷端與支撐部件的支撐柱連接； 紅外吸收部件位于所述熱電偶部件上方，所述熱電偶部件的熱端與紅外吸收部件連接。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱電堆紅外探測(cè)器，其特征在于，所述的紅外吸收部件為平面形狀， 平面狀紅外吸收部件覆蓋在所述熱電偶部件上方，其下表面與所述熱電偶部件的熱端連接。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱電堆紅外探測(cè)器，其特征在于，所述的紅外吸收部件包括凹形支撐體和延伸翼， 所述凹形支撐體的下端與所述熱電偶的熱端連接； 所述的延伸翼的一端與所述凹形支撐體的上端連接，另一端向凹形外延伸。4.根據(jù)權(quán)利要求I、2或3所述的熱電堆紅外探測(cè)器，其特征在于，所述的紅外吸收部件包括吸收支撐層和紅外吸收層，其中， 所述吸收支撐層的下表面與熱電偶部件的熱端連接； 所述紅外吸收層沉積在所述吸收支撐層的上表面。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱電堆紅外探測(cè)器，其特征在于，所述的紅外吸收層為黑硅材料。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱電堆紅外探測(cè)器，其特征在于，所述的紅外吸收支撐層為二氧化硅或氮化硅。7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的熱電堆紅外探測(cè)器，其特征在于，所述的紅外吸收部件覆蓋全部熱電偶部件。8.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的熱電堆紅外探測(cè)器，其特征在于，所述支撐部件由單晶硅形成，該支撐部件包括位于熱電偶部件下方的支撐柱、釋放阻擋氧化層和空腔。9.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的熱電堆紅外探測(cè)器，其特征在于，所述支撐部件由類絕緣體上硅中的底層非晶硅形成，所述支撐部件包括位于熱電偶部件下方的支撐柱、釋放阻擋氧化...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙利俊，歐文，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：