[发明专利]一种红外吸收结构及其与红外传感器件的集成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种红外吸收结构及集成方法，尤其是一种红外吸收结构及其与红外传感器件的集成方法，具体地说是一种基于烛灰纳米颗粒结构的红外吸收结构及其与红外传感器件的集成方法，属于红外传感探测的技术领域。

背景技术

红外传感器在军事制导与跟踪、医疗疾病诊断、工业过程监控、环境质量检测以及安保体系等多领域均有着不断扩大的应用需求。随着MEMS技术的不断发展，以半导体材料为基体的红外传感器方案日趋成熟；同时，不同军用和民用领域对MEMS红外传感器需求量的不断扩增已驱使其成为传感技术研究的热点之一。截至目前，已产品化或已报导的MEMS红外传感器种类繁多，所采用的材料、结构形式以及制造技术各不相同，决定了这类MEMS器件的多样性和复杂性。尽管如此，所有MEMS红外传感器的响应率和探测率均受其吸收层红外吸收效率的影响。

在MEMS红外传感器中，Si₃N₄薄膜或SiO₂/Si₃N₄/SiO₂三明治结构常被用作红外吸收层。然而Si₃N₄的红外吸收效率受膜厚度的影响大，不同厚度情况下吸收峰值的频移现象严重，在常用红外波段内最佳厚度Si₃N₄薄膜的平均吸收效率仅约50%。因此，为了使器件获得更优良的性能，需要提高红外吸收层的收效率，基于光干涉、谐振机理的红外吸收层通过严格控制介质层厚度与红外辐射波长之间的特定关系，可以在某些特定波长处使吸收效率达到最大，进而在MEMS红外传感器中获得应用。然而，受干涉或谐振条件的限制，以该结构为红外吸收层的传感器大多只能敏感以中心波长为几个特定值的红外辐射。此外，干涉、谐振结构对工艺参数的要求极其严格苛刻，若介质层厚度与波长之间不匹配，将造成红外吸收效率的指数衰减。同时，外界环境温度及该吸收层自身声表面波吸收会引起器件温度的变化，继而导致中心波长随温度发生漂移，影响器件的性能和应用。

大面积纳米结构因量子尺寸效应与其特有的大表体比、大粗糙度、多孔隙/缝隙等表面效应而呈现出特殊的光学特性（如光吸收特性），进而可作为光吸收原件用于光学传感器件。金黑和黑硅是两种典型的二维大面积纳米结构，具有优异的红外吸收特性（在中红外范围内，金黑的吸收效率接近100%），又因热容较低，金黑和黑硅在MEMS红外传感器中常被用作吸收层。然而，金黑的制备方法与常规微电子工艺未能很好地兼容，因此其大规模应用仍受到限制。同时，目前已报到的黑硅的制备工艺也稍显繁琐复杂，其与器件的集成制备时所面临的问题仍有待进一步解决。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种红外吸收结构及其与红外传感器件的集成方法，其能在较宽的红外波段内具有较高的吸收效率，制备方法简单，兼容性以及可控性好，适用范围广，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述红外吸收结构，包括衬底以及设置于所述衬底上的烛灰纳米颗粒结构层。

所述衬底包括与MEMS工艺兼容的材料基片、材料层或红外传感器的红外吸收区。

所述烛灰纳米颗粒结构层通过固定薄膜层固定在衬底上，固定薄膜层覆盖在烛灰纳米颗粒结构层以及衬底上。

所述固定薄膜层的材料包括氧化硅、氮化硅、多晶硅或非晶硅；固定薄膜层设置在烛灰纳米颗粒结构层的方式包括气相化学淀积。

烛灰纳米颗粒结构层利用蜡烛的火焰熏镀制备在衬底上；或将预先收集的烛灰纳米颗粒旋涂在衬底上，以得到烛灰纳米颗粒结构层；或通过在液体中超声提取得到烛灰纳米颗粒，将提取得到的烛灰纳米颗粒喷涂在衬底上。

一种红外吸收结构与红外传感器件的集成方法，所述集成方法包括如下步骤：

步骤1、提供用于红外辐射探测的红外传感器裸芯片，并将所述红外传感器裸芯片置于用于封装的管壳基座上，且将红外传感器裸芯片与管壳基座上的引线柱电连接；

步骤2、在上述管壳基座上设置烛灰纳米颗粒结构层，所述烛灰纳米颗粒结构层覆盖在红外传感器裸芯片的红外吸收区上。

步骤2中，烛灰纳米颗粒结构层利用蜡烛的火焰熏镀制备在红外传感器裸芯片的红外吸收区上；或将预先收集的烛灰纳米颗粒旋涂在红外传感器裸芯片的红外吸收区上，以得到烛灰纳米颗粒结构层；或通过在液体中超声提取得到烛灰纳米颗粒，将提取得到的烛灰纳米颗粒喷涂在红外传感器裸芯片的红外吸收区上。