[发明专利]一种非制冷热释电红外探测器及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子材料与元器件技术领域，尤其涉及一种非制冷热释电红外探测器及制备方法。

背景技术

红外探测技术被广泛推广应用，在红外探测技术中探测器是核心，其决定了其所配套的探测装备的性能和应用领域。按有无制冷装置红外探测器分为制冷型和非制冷型。由于制冷型红外成像仪器制冷系统笨重、机动性差，使得其应用受到限制。非制冷型红外探测器虽然没有制冷型性能高，但由于不需要制冷装置，具有性能适中、体积小、重量轻、使用方便、功耗低、价格低的特点，能广泛应用于小型、低成本探测系统中。

传统的非制冷红外探测器的结构如附图1所示，在衬底5上制作热绝缘结构4，再在热绝缘结构4上制作热敏感单元，热敏感单元由热敏感薄膜3和电极2构成，受到红外辐射1后，会引起热敏感单元温度增加，导致热敏感薄膜3的电学性能的变化，经后续电路处理后实现对红外辐射的探测。其中热绝缘结构4的作用是，减少热敏感单元吸收的热量向周围媒质流失，提高热敏感单元的热绝缘性能，使热敏感薄膜3获得尽可能大的温度增加，因此热绝缘结构4对非制冷红外探测器有十分重要的影响，它的设计和制备是获得高性能非制冷红外探测器的关键。

目前，热绝缘结构4主要有微桥结构(参见文献：Mike A.Todd,Paul A.Manning,Paul P.Donohue,Alan G.Brown and Rex Watton,Proceedings of SPIE,USA,4130(2000),128-139)、热绝缘薄膜层结构(参见文献：王三红,吴小清,姚熹，西安交通大学学报，35(2001),146-148)和衬底背掏空结构(参见文献：Kazuhiko Hashimoto,Huaping Xu,Tomonori Mukaigawa,Ryuichi Kubo,Hong Zhuc,Minoru Noda,Masanori Okuyama,Sensors and Actuators A,88(2001),10-19)。微桥结构虽然热绝缘性能高，但技术难度高、工艺复杂、成本高；热绝缘薄膜层结构指在热敏感单元和衬底5之间制备一层热导率很低的薄膜材料，减少热敏感单元向衬底5的热传导，常用的薄膜材料有多孔二氧化硅(SiO₂)、聚酰亚胺(PI)等；衬底背掏空结构指将热敏感单元直接制作在衬底5上，将热敏感单元背后的部分衬底掏空，减小衬底5的热容，提高热敏感单元的温度响应。在这三种结构中，热敏感单元还需要进行图形化工艺处理，使其与平面内的环境热隔离，减小横向热损失，降低像元间的热串扰。

通常，上述三种结构中热绝缘结构4和热敏感单元都采用干法(等离子体刻蚀)/湿法(化学腐蚀)刻蚀的方法制作，需要分别对热绝缘结构4、敏感材料3、电极材料2进行图形化处理。每一次图形化处理的工艺步骤为①制备薄膜材料，②涂覆光刻胶，③按一定图形对光刻胶曝光，④去除光刻胶，⑤干法或者湿法刻蚀薄膜材料，⑥去除光刻胶。在用干法/湿法刻蚀的方法进行图形化处理的过程中，对于不同的材料，需要选择不同的刻蚀工艺，制作流程多，工艺复杂；刻蚀过程中，容易在薄膜表面留下残余物，不利于下层薄膜材料的生长，进而导致材料性能下降，损害器件性能；刻蚀过程中，等离子体/腐蚀液会对热敏感薄膜材料造成损伤，也会导致材料性能下降，损害器件性能。此外，如在制作衬底背掏空结构时，需要刻蚀的厚度达数百微米，由于干法/湿法刻蚀速度较慢，通常需要十几小时，这就导致加工过程漫长、效率低下。因此，用干法/湿法刻蚀的方法制作非制冷红外探测器工艺复杂、效率低，会损害器件性能。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种热绝缘性能高、热容小、机械性能优良的热释电红外探测器及制备方法。

本发明的非制冷热释电红外探测器，包括衬底（6）、热敏感单元（7），所述热敏感单元（7）包括热敏感薄膜（3）和电极（2），其特征在于，所述热敏感薄膜（3）的材料为VOx1，或非晶硅，或钛酸锶钡(Bax2Sr1-x2)TiO3，或锆钛酸铅Pb(Zrx3Ti1-x3)O3，或掺镧锆钛酸铅(Pby1La1-y1)(Zrx4Ti1-x4)O3，或钽钪酸铅Pb(Tax5Sc1-x5)O3；

其中，1<x1≤2.5，0.5≤x2≤0.9，0≤x3<0.9，0.2<x4<0.5，0.9<y1<1，0.2<x5<0.9。

进一步的，所述热敏感薄膜（3）的厚度设置为50nm-5um；