[发明专利]基于薄膜体声波谐振器的MEMS红外传感器制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于薄膜体声波谐振器的MEMS红外传感器，属于微电子技术领域。

背景技术

红外辐射技术在最近40多年中已经发展成为一门新兴技术科学。它在广泛的应用领域中，特别是在科学研究、军事工程和医学方面起着极其重要的作用。例如在红外制导火箭、红外成像、红外遥感等。而红外辐射技术的重要工具就是红外传感器，红外传感器已经在现代化的生产实践中发挥着它的巨大作用。尤其是在实现远距离温度检测与控制方面。红外温度传感器以其优异的性能，满足了多方面的需求，因而在产品传感器大显身手的地方，红外传感器的发展前景也是不可估量的。

随着科学技术的不断发展，新技术、新材料、新工艺和新器件的相继出现，人们对红外光学进行了深入的研究、开发。为了实现自动化、节省人力、提高效率、增加设备功能、确保安全、保护环境、节省资源和能源，对红外传感器产品在低功耗、可靠性、稳定性、低成本、小型化、微型化、复合型、标准化等技术和经济指标方面提出了更高的要求。MEMS红外传感器的优势在于批量化的制造技术，成本低、便于集成、功耗低，相比于传统技术，红外传感器技术呈现出去单一功能化特征，朝着智能化、集成化方向发展。基于薄膜体声波谐振器的MEMS红外传感器的研究越来越受到人们的重视。

薄膜体声波谐振器（FBAR）由于其高工作频率、高品质因素（Q值）、低温度系数、高功率承载能力、可集成以及体积小的特点，近年来得到广泛重视，并在无线通信领域得到了广泛的应用。有多个FBAR串并联可以构成一定带通或带阻特性的射频滤波器，滤泼器的带宽主要由所组成的单个FBAR谐振频率点决定，滤波器滚降特性主要由所组成的单个FBAR谐振峰Q值决定。如果基于单个薄膜体声波谐振器的红外传感器具有良好的传感性能，那么由其组成的滤波器、振荡器、多工器等也可以实现红外传感特性。那么，寻找一种低功耗、可靠稳定、可集成化的可基于薄膜体声波谐振器的MEMS红外传感器成为迫切的需要。

现有的红外传感技术虽然能够满足基本的传感需求，如：红外测温仪，红外成像仪，红外人体探测报警器，自动门控制系统等，但是红外传感器技术呈现出去单一元件、单一功能化特征，使得具有多功能传感器或者能够集成的传感成为各个通信领域研究的热点，受到越来越多的重视。薄膜体声波谐振器具有体积小、可靠稳定的特点，我们可以将在一个晶圆上制备多个FBAR，构成FBAR阵列，每一个FBAR可用来实现不同的传感器功能。基于薄膜体声波谐振器的红外传感器阵列，可以克服现有单一元件、单一功能化的缺点，向集成化、多功能化的方向发展。

红外探测器分为光子探测器和热探测器两种，光子探测器的一般需要在低温下工作，探测波段较窄，而热探测器由于宏观样品的加热与冷却是一个缓慢的过程，因此响应时间较长，探测灵敏度低。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于薄膜体声波谐振器的MEMS红外传感器， 

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于薄膜体声波谐振器的MEMS红外传感器，其特征在于：依次包括金属块、压电振荡堆和声波反射层；所述压电振荡堆和金属块依次沉积在声波反射层上，其中：压电振荡堆包括依次沉积在声波反射层上的底电极、压电层、上电极；所述上电极位于红外传感器表面即称为红外窗口薄膜，其材质为具有红外透射率的导电薄膜或者露出压电薄膜的栅格状电极，便于红外光线透过上电极照射在压电层上；

所述声波反射层包括基片、基片上沉积的支撑层；压电振荡堆沉积在支撑层上；所述声波反射层为背腔刻蚀结构、空气隙结构或者布拉格反射层结构。

当所述声波反射层为空气隙结构时，所述基片与支撑层之间设置有空气腔。

所述上电极-红外窗口薄膜为左右结构、上下结构或者叉指结构。

所述上电极-红外窗口薄膜的红外透射率大于60%、且红外光线的波段为0.76-1000um。

所述底电极的材质为Al、Au、Pt，厚度为10-200nm。

压电层的材质为ZnO、AlN或者锆钛酸铅（PZT），厚度为1um-4um。

作为最优选，所述压电层的材质为具有压电效应和热释电效应的95/5的PZT材料。

所述上电极的材质为石墨烯，采用化学气相沉积的方式形成，厚度为6-10个原子层。

所述上电极为栅格状的金属电极，厚度为10-100nm。

本发明还提供所述的基于薄膜体声波谐振器的MEMS红外传感器的制备方法，包括以下步骤：