[发明专利]一种热电堆红外探测器

说明书

技术领域

本发明通常涉及红外探测器领域，具体来说，涉及一种基于微电子机械系统的热电堆红外探测器。

背景技术

目前，利用红外技术进行红外测温、红外报警、红外检测、红外追踪等，广泛应用到军事、工业、医学、农林业以及环境保护、消防、搜索与救援等各个领域。其中，热电堆红外探测器具有较多的优势，应用极为广泛，热电堆红外探测器是一种基于塞贝克(Seebeck)效应的非制冷红外探测器，而且随着微电子机械系统(MEMS，Micro Electro Mechanical systems)的发展，基于微机械的热电堆红外探测器也广泛应用起来，目前对于微机械热电堆型，其热电偶的主要类型有：P型多晶硅和金热电偶、Si外延层P型扩散区和铝热电偶、N型多晶硅和P型多晶硅热电偶，并用氧化硅-氮化硅复合介质层充当红外吸收层，相比其他的探测器，这种微机械热电堆红外探测器具有高的灵敏度，宽松的工作环境与非常宽的频谱响应，且与标准IC工艺兼容，成本低廉且适合批量生产，但是却存在随着像元尺寸减小，红外吸收面积也减小，从而造成吸收效率降低、响应率也降低的问题。

因此，需要提出一种具有更高响应率、吸收率的基于微机械的热电堆红外探测器。

发明内容

本发明提供了一种热电堆红外探测器，包括全镂空结构的衬底以及其上的热电堆、第一红外吸收层和钝化层，以及形成于钝化层之上的反射层，以及与第一红外吸收层接触且能遮挡所述反射层的第二红外吸收层。

优选地，形成所述反射层的材料包括：铝、金或金铬合金。

所述第二红外吸收层可以通过牺牲层释放技术得到，优选地，所述遮阳部分的下表面与反射层上表面之间的距离为入射红外辐射波长的四分之一。

对于本发明提供的热电堆红外探测器，由于增加了反射层和第二红外吸收层，大大提高了探测器热端与冷端的温度差，使得响应率提高，同时，由于增加了红外吸收层的面积，红外吸收效率也得到了提高。并且，在优选的实施例中，将反射层与第二红外吸收层之间的间距设定为入射红外辐射的四分之一波长，这样会有大于75.6％的能量被吸收并转化为热能，极大的提高了红外吸收效率，同时经谐振腔的选频作用，使得探测器的灵敏度提高。

附图说明

图1示出了本发明实施例的热电堆红外探测器的结构剖面示意图；

图2示出了本发明实施例的热电堆红外探测器的热电堆结构示意图；

图3示出了本发明实施例的热电堆中热电偶对的结构示意图；

图4示出了本发明实施例的热电堆红外探测器工作原理示意图。

具体实施方式

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

参考图1，图1示出了根据本发明实施例的热电堆红外探测器的结构示意图，所述热电堆红外探测器包括：全镂空结构的衬底100以及其上的热电堆、第一红外吸收层104和钝化层108，所述热电堆包括热电偶对106，所述热电堆红外探测器还包括形成于钝化层108之上的反射层110，以及与第一红外吸收层104接触且能遮挡所述反射层110的第二红外吸收层112，此外，还可以包括位于衬底之下的掩蔽层102。

所述衬底100可以为硅衬底(例如晶片)或其他合适的材料，根据现有技术公知的设计要求(例如p型衬底或者n型衬底)，衬底100还可以包括掺杂配置。所述衬底100为全镂空结构，如图1所示，镂空部分暴露出热电堆，以减小热电堆结构与衬底热传导而造成的灵敏度降低。