[发明专利]一种具有高效能谐振腔的红外探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有高效能谐振腔的红外探测器及其制备方法，为了提高芯片集成度，该探测器的谐振腔位于硅片内部，与传统红外探测器件相比，敏感薄膜所处的真空腔仅几微米高，腔体空间大大减小，更容易形成及保持较高真空，避免空气对流引起的敏感层热损失。敏感层薄膜位于谐振腔正中间，上反射层为上衬底背面半透半反的薄金属层；下反射层为下衬底上表面全反射的厚金属层，光在谐振腔中反射一个来回就可穿过敏感层薄膜两次，使得穿透敏感层薄膜的次数增多，增加了光吸收率。谐振腔反射层的制备方法为常规的光刻、镀膜、腐蚀工艺，流程简单易实现，并且在两个衬底上分别制作金属柱，最后用倒装芯片键合组装成谐振腔，工艺巧、成本低、精度高。

【技术领域】

本发明属于光电探测技术领域，具体涉及一种具有高效能谐振腔的红外探测器及其制备方法。

【背景技术】

红外成像系统是依靠目标与背景的热辐射产生景物图像的系统，能24小时全天候工作，并能透过伪装探测出隐藏的热目标。红外探测器是红外成像系统的核心组件，能够以光电效应和热电效应将入射的红外信号转变为电信号输出。但为了进一步提高器件集成度，在红外探测器上方叠加其它硅基探测结构时，由于红外光在穿透上方材料的过程中不可避免存在吸收，使得红外敏感薄膜接收到的红外信号减弱，从而影响探测器的探测效率。因此迫切需要设计新的吸收结构，进一步提高穿透上方结构进入红外探测结构的红外信号的利用率。

【发明内容】

本发明为了解决上述问题，提供了一种具有高效能谐振腔的红外探测器及其制备方法，谐振腔的上表面为其它探测结构背面的半透半反膜，谐振腔的下表面为背于集成电路所在衬底上表面的全反射膜。与传统红外探测器件相比，该谐振腔的腔体高度仅有数微米，腔体空间大大减小，更容易形成及保持较高真空，避免空气对流引起的热损失。另外，谐振腔内的敏感层位于谐振腔的正中间，敏感层薄膜周围除了两个引出电信号的支撑柱之外，没有其它与其直接接触的材料，降低了热传导引起的热损失，使入射红外信号引起的温升尽可能多地转换为电信号输出。而且该探测器结构中光在谐振腔中反射一个来回，可以穿透敏感层薄膜两次，从而进一步提高探测器对红外信号的吸收利用率。

为实现到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种具有高效能谐振腔的红外探测器，包括相对的上衬底和下衬底；上衬底的下表面设置有上反射层，下衬底的上表面设置有下反射层；

上衬底下表面的探测单元四个角依次设置有A₁、B₁、C₁和D₁四个点，A₁、B₁、C₁和D₁形成第一矩形；下衬底上表面的探测单元四个角依次设置有A₂、B₂、C₂和D₂四个点，A₂、B₂、C₂和D₂形成第二矩形，第一矩形和第二矩形的尺寸相同且四点位置相对应。A₁和C₁设有两个凸出的上金属柱，A₂和C₂设有两个凸出的下金属柱；上金属柱和下金属柱均垂直于上衬底以及下衬底；上金属柱和下金属柱键合时，上反射层、下反射层、上金属柱和下金属柱组成谐振腔；谐振腔内固定设置有平行于上衬底和下衬底的敏感层薄膜；敏感层薄膜和上反射层之间以及敏感层薄膜和下反射层之间均有间隙；下衬底的下方为进行探测器信号处理与存储的集成电路。

本发明的进一步改进在于：

优选的，B₂和D₂上设置有两个凸出的支撑柱，共同支撑敏感层薄膜；敏感层薄膜位于上衬底和下衬底之间的中间位置；支撑柱选用导电金属材料。

优选的，敏感层薄膜的厚度为50-500nm，选用红外热敏感材料。