[发明专利]一种硅介质超表面的非制冷红外窄带探测器及制备方法

说明书

本发明公开了一种硅介质超表面的非制冷红外窄带探测器及制备方法，所述探测器由氧化铝衬底，金属下电极，锰钴镍氧敏感元，硅介质超表面结构层，以及器件管座组成。通过在锰钴镍氧敏感元上，引入硅介质超表面结构层，作为耦合特定波长的光的引导层，形成导模共振条件，实现整个结构对特定波长光的完美吸收；同时反射非特定波长的光，达到器件窄带探测的效果。本发明结构中，由于硅介质结构层在红外波段具有极弱的吸收系数，吸收主要发生在敏感元部分，可以使得敏感元吸收达到85％左右，光谱曲线的品质因子(Q值)可以高达20，对于提升非制冷红外窄带探测器的探测率和目标识别准确率有着十分重要的意义。

技术领域

本发明涉及红外探测器领域，更具体的说，涉及一种硅介质超表面的非制冷红外窄带探测器及制备方法。

背景技术

非制冷探测器，按照探测机理主要分为热电偶型探测器、热释电型探测器、热敏电阻型探测器等。其中，采用锰钴镍氧热敏电阻材料的微测辐射热计探测器具有制备工艺简单、集成度高、规模化生产、无需昂贵繁重的制冷系统、器件封装简单、宽光谱全波段响应等特点，已经在科学和技术等领域有着广泛的应用。

但由于一般的微测辐射计是宽光谱全波段响应，对特定波长的探测没有选择性，因此在窄带探测领域，尤其在红外大气窗口下生物分子识别和检测、矿产和油田勘探、植被监测、伪装识别和高分辨光谱等领域，以锰钴镍氧材料为代表的微测辐射计还有待进一步发展。至此，发展微测辐射计在窄带探测领域的应用，成为了当今红外探测器的研究热点之一。

随着超材料概念兴起，出现了一类基于等离子激元原理实现的完美吸收的窄带探测器，但这种类型探测器通常需要引入金属人工微结构，造成了能量很大部分损失在金属结构层中，直接导致了敏感元吸收下降，光谱曲线的品质因子也普遍较低，直接影响了探测器的探测率和响应率，以及目标识别的准确性。

本发明结构中，通过引入硅介质超表面结构层，作为耦合特定波长的光的引导层，形成导模共振条件，实现了整个结构对特定波长光的完美吸收。由于硅介质结构层在红外波段下具有极弱的吸收系数，吸收主要发生在敏感元部分，可以使得敏感元吸收达到85％左右，Q值可以高达20，促使非制冷红外窄带探测器的响应率和探测率进一步提升，目标识别的准确性也大幅度提升，对于优化器件结构设计和改善器件性能都有着十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是公开一种硅介质超表面的非制冷红外窄带探测器的结构，提供了器件制备方法。通过精确控制硅介质超表面结构层的参数，利用导模共振原理，增强了锰钴镍氧薄膜材料的吸收，可以实现器件对特定波长的光达到完美吸收的效果，同时也能反射非设计波长的光，达到了窄带探测的目的。

本发明的硅介质超表面的非制冷红外窄带探测器的结构描述如下：图1，图2和图3分别为本发明探测器器件整体结构图，探测器结构的俯视图和敏感元部分的局部放大图。

如图1、图2、图3所示，一种硅介质超表面的非制冷红外窄带探测器包括：锰钴镍氧敏感元1，硅介质超表面结构层2，金属下电极3，氧化铝衬底4，导热硅脂5，上电极6，金线焊丝7，器件引脚8-9，器件管座10。器件结构具体描述如下：在氧化铝衬底4的上方依次为金属下电极3，锰钴镍氧敏感元1和硅介质超表面结构层2；在锰钴镍氧敏感元1表面，硅介质超表面结构层2的外圈，是上电极6；氧化铝衬底4通过导热硅脂5粘贴在器件管座10上；上电极6与器件引脚9用金线焊丝7相连，金属下电极3与器件引脚8用金线焊丝7相连。

如图1，氧化铝衬底4为非晶氧化铝宝石片，厚度为100um；锰钴镍氧敏感元1厚度为1um-1.35um；硅介质超表面结构层2厚度为0.5um-0.6um，结构的周期为4.5um-5.7um，占空比为0.25；上电极6是宽度为50um的环形镂空金属框，材料为Cr薄膜30nm，Au薄膜300nm。

本发明的硅介质超表面的非制冷红外窄带探测器是这样制备的：