[发明专利]一种正入射浸没式非制冷薄膜型红外探测器

说明书

技术领域

本发明涉及红外探测器，具体涉及一种正入射浸没式非制冷薄膜型红外探测器。

背景技术

非制冷红外探测器是一种重要的红外探测器，相比光子型红外探测器而言，具有制备成本低廉、无需低温冷却系统、宽波段响应、能在高温下工作、器件封装简单等优点，在军事、民用和工业等领域有着广泛的应用。过去，人们对非制冷红外探测器的研究主要集中在体材料上。体材料因晶粒间的不完全接触和空洞等缺陷的影响，致使器件的重复性、稳定性较差，且器件存在热容大、响应速度慢等不利因素。随着薄膜生长技术和微电子工艺的不断发展，器件的薄膜化已成必然趋势。薄膜型探测器相比体材料器件具有响应速度快、可靠性和稳定性高、重复性好、易于集成化等优点，且器件薄膜化将使得非制冷红外探测器制作成阵列焦平面成为可能，这将大大扩展其应用领域。

但是，一般的非制冷薄膜型红外探测器普遍存在灵敏度低、时间常数大、器件响应率和探测率不高等问题。本发明通过对器件结构的合理设置，实现了基于化学溶液法[见参考文献一、二]制备锰钴镍氧薄膜的正入射浸没式非制冷红外探测器。该发明所述的正入射浸没式薄膜型红外探测器的性能优异，制备工艺简单，只需进行一次图形光刻，两次切片和两次掩膜镀金，即能将锰钴镍氧薄膜型探测器的电极由薄膜表面引到衬底背面，实现了红外敏感元薄膜的正入射浸没式探测，避免了背入射条件下红外光信号因衬底反射和吸收而造成的损失，且所设计的器件结构利于引线和封装。制得的正入射浸没式薄膜型器件具有响应率大（大于2.5×10³V/W），探测率高（高于6×10⁸cm·Hz^0.5/W）和时间常数小（小于5毫秒）等优点。

以上涉及的参考文献如下：

1.Hou,Y.,et al.,Characterization of Mn(1.56)Co(0.96)Ni(0.48)O(4)films for infrared detection.Applied Physics Letters,2008.92(20).

2.侯云，黄志明等,锰钴镍薄膜热敏材料的制备方法.发明专利,200610030144.7。

发明内容

本发明的目的是提出一种制备方法简单，结构新颖，具有时间常数小和探测率高的正入射浸没式薄膜型非制冷红外探测器。解决了传统非制冷薄膜型器件响应率和探测率不高、时间常数大、响应波段窄等问题，扩展了非制冷薄膜型红外探测器的应用范围。

本发明公开了一种正入射浸没式非制冷薄膜型红外探测器结构及其制备方法，器件结构的侧面图和俯视图如图1和2所示，其特征在于在所述的红外敏感元薄膜表面有一能会聚红外信号的锗单晶半球透镜4，探测器的敏感元6位于锗透镜聚光中心焦点位置。

所述的锗单晶半球透镜4为折射率n=4、电阻率大于30Ωcm、表面镀制有抗反射层的锗半球晶体，在其底面镀有作为介质层与红外探测器进行粘接的硒砷化合物薄膜。

本发明所设计的探测器结构通过以下具体的工艺步骤来实现：

（一）探测器敏感元的制备

1）制备红外敏感薄膜。采用化学溶液方法在100微米的非晶氧化铝衬底上制备厚度为6-8微米锰钴镍氧薄膜。

2）刻蚀掩膜。在锰钴镍氧薄膜表面光刻图形化，后采用氩离子/HBr湿法刻蚀工艺，制作出0.12×3mm²、间距为0.4毫米的细长条状薄膜台面。浮胶清洗。

3）划片。通过机械划片的方式，将薄膜衬底片划成0.4×3mm²的长条状。

4）薄膜表面镀制铬/金电极。利用金属掩膜的方式，将两片0.3毫米宽的金属掩膜片紧贴在锰钴镍氧薄膜表面，后采用双离子束溅射工艺在薄膜样品上淀积30纳米的铬和150纳米的金作为电极，得到两个锰钴镍氧薄膜面积为0.12×0.3mm²的灵敏元，并将镀制好电极的薄膜在400℃下进行10分钟的热处理以确保良好的欧姆接触。薄膜表面未做掩膜的部分，其侧面也将附着有铬/金，且与薄膜表面的铬/金电极相导通。

5）衬底背面镀制铬/金电极。将锰钴镍氧薄膜翻转到衬底背面，使用0.3毫米宽的金属掩膜片放置于其中一个灵敏元的正中间，盖住灵敏元；另一个灵敏元则用金属掩膜片完全盖住，然后采用双离子束溅射工艺在薄膜衬底背面上淀积30纳米的铬和150纳米的金作为电极（由于衬底片很薄，薄膜表面的铬/金与衬底背面的铬/金是导通的）。