[发明专利]热电堆红外探测器、阵列及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及红外探测器领域，特别是涉及热电堆红外探测器领域。

背景技术

随着红外探测技术的不断发展，红外探测器作为核心部件已经应用于红外测温、红外检测、红外报警、红外成像、红外制导等领域。热电堆红外探测器是热敏探测器中的一种，主要是利用温差电效应来检测物体温度的变化。热电堆是由两个或多个热电偶串接组成，各热电偶输出的热电势互相叠加就是热电堆的热电势。对于通常的热电堆红外探测器，表征其特性的一个重要的参数是响应率，响应率与红外吸收效率，探测器热导，热电偶对数等因素有关。其中，红外吸收效率由红外探测器的吸收面积决定，吸收区面积越大，红外辐射能转化为热能效率越高，因而探测器的响应率也越高。

目前，常规的热电堆红外探测器采用单层MEMS(Micro-electromechanical Systems，微机电系统)的悬空结构，见图1(来源：120×90Element Thermopile Array Fabricated with CMOS Technology，M.Hirota，Y.Nakajima，Infrared Technology and Applications，2003)，在衬底上包括含有多对n型硅和p型硅的热电偶101悬空部件，热电偶围绕在吸热区102外边缘，热电偶的冷端103与衬底相连，热端104与吸热区102相连。吸热区吸收的红外辐射传导到热电偶，转化成热电偶热端与冷端的电势。其中，吸热区102采用金黑涂层、银黑涂层以及其他的材料作为吸收材料，来提高器件的红外吸收率。

从热电堆红外传感器的俯视图1可以看出，有2对热电偶的热电堆探测器，被热电偶包围的吸热区102占整个传感器表面积的比例约1/4。实际上，为了提高热电堆探测器的响应率，通常需要制作包含多对热电偶的热电堆红外探测器。采用现有的结构，随着热电偶对数的增加，势必缩小吸热区的面积。探测器吸热区面积的缩小，使探测器的红外吸收能力降低，不利于探测器吸收率的提高。

另外，现有的一些热电堆探测器，采用金黑涂层、银黑涂层以及其他的材料作为吸收材料来提高器件的红外吸收率。但是金黑涂层、银黑涂层一般采用电阻加热真空蒸镀法制作，这种工艺与IC(Integrated Circuit，集成电路)工艺不兼容。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种热电堆红外探测器、阵列及其制备方法，制作了红外吸收区面积不受热电偶对数影响的热电堆红外探测器。

为了达到上述目的，本发明提供一种热电堆红外探测器，包括支撑部件，热电偶部件和红外吸收部件。其中，所述支撑部件包括支撑柱和空腔；热电偶部件悬空于所述支撑部件上方，其冷端与支撑部件的支撑柱连接；红外吸收部件位于所述热电偶部件上方，所述热电偶部件的热端与红外吸收部件连接。

优选地，所述的热电堆红外探测器的红外吸收部件为平面形状，平面状红外吸收部件覆盖在所述热电偶部件上方，其下表面与所述热电偶部件的热端连接。

优选地，所述的热电堆红外探测器的红外吸收部件包括凹形支撑体和延伸翼，

所述凹形支撑体的下端与所述热电偶的热端连接；

所述的延伸翼的一端与所述凹形支撑体的上端连接，另一端向凹形外延伸。

其中，所述热电堆红外探测器的红外吸收部件包括吸收支撑层和红外吸收层，所述吸收支撑层的下表面与热电偶部件的热端连接；所述红外吸收层沉积在所述吸收支撑层的上表面。

优选地，所述热电堆红外探测器的红外吸收层为黑硅材料。

优选地，所述热电堆红外探测器的红外吸收支撑层为二氧化硅或氮化硅。

优选地，所述热电堆红外探测器的红外吸收部件覆盖全部热电偶部件。

优选地，所述热电堆红外探测器的支撑部件由单晶硅形成，该支撑部件包括位于热电偶部件下方的支撑柱、释放阻挡氧化层和空腔。

优选地，所述热电堆红外探测器的支撑部件由类绝缘体上硅中的底层非晶硅形成，所述支撑部件包括位于热电偶部件下方的支撑柱、释放阻挡氧化层和空腔，其中，所述的类绝缘体上硅包括底层非晶硅、氧化层、顶层多晶硅。

本发明还提供一种热电堆红外探测器阵列，包括所述的热电堆红外探测器单元，所述热电堆红外探测器单元的热电偶部件包括至少2层金属连线用来读出红外探测结果。

相应地，本发明还提供一种热电堆红外探测器制备方法，包括步骤：

在衬底上制备支撑部件的支撑柱；

在所述支撑部件上制备冷端与支撑柱连接的热电偶部件；

在所述热电偶部件上制备与热电偶部件的热端连接的红外吸收部件；