[发明专利]致热型MEMS热电堆红外探测器结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种红外探测器结构及其制备方法，尤其是一种致热型MEMS热电堆红外探测器结构及其制备方法，具体地说是一种热端温度可调，冷端吸收红外辐射，可用于敏感常温物体红外辐射的热电堆红外探测器结构及其制备方法，属于MEMS的技术领域。

背景技术

MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）热电堆红外探测器是传感探测领域的一种典型器件，是组成温度传感器、均方根转换器、气敏传感器、热流量计等传感探测器件的核心部件之一。热电堆红外探测器与基于其它工作原理的红外探测器（如热释电型红外探测器和热敏电阻型红外探测器等）相比具有可测恒定辐射量、无需加偏置电压、无需斩波器、更适用于移动应用与野外应用等明显的综合优点。因而，MEMS热电堆红外探测器对于实现更为宽广的红外探测应用具有非常重要的意义，其民用、军用前景广阔，商业价值和市场潜力非常巨大。可以说，关于MEMS热电堆红外探测器的研究开发工作已形成21世纪一个新的高技术产业增长点。可以预见，MEMS热电堆红外探测器将在传感探测的众多方面形成更加广泛的应用。特别是，随着微机电技术，包括器件设计、制造、封装和测试等技术手段的日益成熟，MEMS热电堆红外探测器将凸显更加重要的地位。

然而，基于热电堆原理的探测器在不增加致冷装置的情况下，由于冷热端温度差很小，因而很难响应常温物体的红外辐射，这种情况下，即便减小热电堆红外探测器单元的器件尺寸，也很难用其构建红外焦平面阵列（FPA）以实现包括对人体、常温物体等的红外成像应用。而另一方面，与红外探测器配套使用的致冷装置结构繁琐、工作原理复杂、所需控制条件严格，且很难在小尺寸范围内与FPA等探测器采用标准微加工工艺集成制备。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种致热型MEMS热电堆红外探测器结构及其制备方法，在常规的热电堆红外探测器冷端制作微型加热电阻条，构成致热型MEMS热电堆红外探测器的探测热端，且该探测热端的温度可根据不同应用场合进行相应的调整；常规热电堆红外探测器的探测热端则构成致热型MEMS热电堆红外探测器的探测冷端，用于吸收被测物体红外辐射的红外吸收层相连接，致热型MEMS热电堆红外探测器结构简单，制备过程便捷，亦能与CMOS工艺相兼容，便于单片集成，且其输出电压值、灵敏度等可以被有效调控，因而适用范围广，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述致热型MEMS热电堆红外探测器结构，包括衬底；所述衬底的上表面设置介质支撑膜，所述介质支撑膜与衬底内的释放阻挡体共同形成释放阻挡带，衬底内的上部通过释放阻挡带形成热隔离腔体；热隔离腔体的正上方设有红外吸收层，所述红外吸收层的外侧设有若干热电堆，且所述红外吸收层外侧的若干热电堆串接后电连接成一体；热电堆对应邻近红外吸收层的一端形成探测冷端，热电堆对应远离红外吸收层的一端形成探测热端，热电堆的探测冷端与红外吸收层相接触，热电堆的探测热端位于介质支撑膜上并通过第一电绝缘热导通结构与微型加热电阻条相连；所述微型加热电阻条与位于相互串接的热电堆外侧的第二金属电极电连接。

相互串接的热电堆外侧设置用于将探测电压输出的第一金属电极，所述第一金属电极与串接的热电堆电连接。

所述热电堆包括第一热偶条及与所述第一热偶条对应配合的第二热偶条，所述第一热偶条及第二热偶条对应形成探测热端的一端通过第二金属连接线电连接，第一热偶条及第二热偶条对应形成探测冷端的一端通过第一金属连接线电连接，以将红外吸收层外侧的热电堆串联成一体。

所述红外吸收层在探测冷端趴跨在第一热偶条及第二热偶条的端部，以在第一热偶条、第二热偶条的端部形成第二电绝缘热导通结构，红外吸收层通过第二电绝缘热导通结构与第一热偶条及第二热偶条接触。

所述微型加热电阻条的加热温度范围为40-250摄氏度。所述红外吸收层上覆盖有红外吸收层保护膜，第一热偶条及第二热偶条上设置有热偶条保护膜。

一种致热型MEMS热电堆红外探测器结构的制备方法，所述红外探测器结构的制备方法包括如下步骤：

a、提供衬底，并在所述衬底的上表面设置隔离槽掩蔽层；

b、选择性地掩蔽和刻蚀所述隔离槽掩蔽层，以在所述隔离槽掩蔽层上形成衬底刻蚀窗口；利用所述衬底刻蚀窗口刻蚀衬底，以在衬底内得到隔离槽；

c、去除上述隔离槽掩蔽层，并在衬底上设置介质支撑膜，且所述介质支撑膜填充在隔离槽内，以在衬底上形成所需的释放阻挡带；

d、在上述介质支撑膜上设置形成热电堆所需的第一热偶条及第二热偶条；