[发明专利]基于MEMS技术的高效红外微菲涅尔透镜阵列制作方法

说明书

本发明属于传感器领域，具体是一种基于MEMS技术的高效红外微菲涅尔透镜阵列制作方法。一种基于MEMS技术的高效红外微菲涅尔透镜阵列制作方法，它包括如下步骤，利用菲涅尔衍射原理形成衍射图像、制作衍射屏、制作接收屏的步骤、曝光形成光刻胶图形、蚀刻si圆片的步骤、清洁的步骤。本发明通过控制衍射成像间距，采用传统光刻机直接对需要形成菲涅尔透镜阵列的晶圆表面进行衍射曝光，形成菲涅尔波带片图样，再通过MEMS工艺手段对显影后的晶圆进行微机械加工，最终在晶圆表面形成具有指定焦距的菲涅尔透镜，整体工艺简单高效易控，大大降低了传统硅透镜的各种打磨工序所消耗的工艺成本和生产时间，成像效率得以提升。

技术领域

本发明属于传感器领域，具体是一种基于MEMS技术的高效红外微菲涅尔透镜阵列制作方法。

背景技术

自从英国物理学家William Herschel在1800年发现了红外线后，开辟了人类应用红外技术的广阔道路。在众多红外技术中，红外热成像技术迅速成为世界各国竞相研究和开发的方向和重点。红外热成像技术是以接收景物自身各部分辐射的红外线来进行探测，利用景物自身各部分辐射的差异获得图像的细节，其实质是一种波长转换技术，即把红外辐射图像转换为可视图像的技术，同时，由大气透红外性质和目标自身辐射所决定，红外热成像技术通常采用3～5μm和8～14μm两个波段内工作。红外热成像技术历经多年的发展，已从当初的机械扫描机构发展到了今天的全固体、小型化、全电子、自扫描凝视摄像，特别是非制冷技术使红外热成像技术从长期的主要军事目的扩展到诸如工业监控测温、执法缉毒、安全防犯、医疗卫生、遥感、设备先期性故障诊断与维护、海上救援、天文探测、车辆、飞行器和舰船驾驶员用夜视增强观察仪等广阔的民用领域，红外热成像技术正走向辉煌。此外，红外热成像技术也是一个有非常广阔前途的高科技技术，其大量的应用已经引起许多行业变革性的改变，创造了亿万的财富和无法预计的社会效益。

此外，一些新兴技术，如红外热电堆技术在红外非接触测温领域也被广泛采用。红外热电堆技术利用塞贝克效应，在硅片表面设计热结和冷结。在热结区域有红外吸收层，负责吸收需要探测物体的红外辐射(通常在8-14um波长范围)，红外吸收层由于吸收红外辐射而产生热量传导给热结，热结与处于硅基上与环境温度相同的冷结产生一个温度差，利用塞贝克效应，在红外热电堆传感器的两个电极上产生电动势差，通过检测电动势差的大小可以探测到需要探测物体的红外辐射量的大小，进而结合探测物体发射率、光学系统、热转换效率等参数给出探测物体的表面温度。利用这种技术原理，我们可以实现远距离非接触式的测温。目前在耳温枪、额温枪、工业测温枪、微波炉、空调、冰箱等领域已大量采用了红外热电堆传感器或者红外热电堆传感器阵列来实现智能化测温，在医疗、白色家电领域有着巨大的市场规模和可持续性的发展潜力。

以上无论是红外热成像技术还是红外热电堆技术，为了实现远距离的红外成像或者红外测温的目的，都需要用到红外透镜来接受被测物体发出的红外光线，并聚焦到内部的传感器芯片表面。传统的红外透镜，通常采用平凸硅透镜或者平凸锗透镜来达到成像或者遥测的目的，要获得不同的焦距，需要取得不同的曲率半径。通常加工硅基或者锗基的透镜需要进行切割、粗磨、精磨、抛光等工序，对加工精度要求很高，因此其成本一直居高不下而且很难实现大批量的量产，此外这种传统工艺的硅基或锗基透镜也很难做成尺寸微小的透镜阵列来实现提高光学效率的目的。在某些中低端应用中，也有采用树脂菲涅尔透镜的。如图1所示，A为传统透镜，B为菲涅尔透镜，这种菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是根据光的干涉及扰射以及相对灵敏度和接收角度要求来设计的。树脂菲涅尔透镜其优点是成本很低，也可以做成透镜阵列，但由于衬底材质是树脂的，所以红外透过率一般小于50％，能量利用率很低。此外，树脂薄片在加工、安装过程中产生的形变和翘曲也严重影响了透镜的成像质量。

发明内容

本发明针对上述技术中存在的传统工艺加工硅基或锗基无法量产透镜阵列以及树脂透镜红外透过率低的缺点，提出一种基于MEMS技术的高效红外微菲涅尔透镜阵列制作方法。

实现本发明目的的方法如下：