[发明专利]一种单晶热释电薄膜多元红外传感器件的制备方法

说明书

本发明属于红外传感器的研究领域，涉及一种单晶热释电薄膜多元红外传感器件的制备方法。本发明选用NiCr合金作为上电极和吸收层时的同时，利用“单晶热释电薄膜与NiCr合金膜的刻蚀速率差异”将其作为刻蚀掩膜实现多元红外传感器件的制备。本方法仅需一次光刻即可完成多元器件的微细加工，减少单晶薄膜多元器件光刻次数，避免了多次光刻中光刻胶均匀性、对准精度控制等难题；单晶薄膜刻蚀完成后剩余的NiCr合金膜用作上电极和吸收层，无需去除；并且通过干法刻蚀使NiCr合金膜产生粗化效应，减少其对红外光的反射作用，提高NiCr合金膜对红外辐射的吸收，进而提高器件性能。

技术领域

本发明属于红外传感器的研究领域，涉及一种单晶热释电薄膜多元红外传感器件的制备方法。

背景技术

随着热释电红外传感器应用场景的不断拓展，手势识别、位置识别、运动方向识别、概略成像等对多元红外器件的需求不断增加，并对其响应时间等性能提出了更高的要求。要满足上述应用场景和性能要求，采用基于热释电薄膜的多元红外传感器被认为是最佳的技术选择。相关研究表明，采用离子注入剥离法制备的热释电薄膜单晶突破了传统方法制备薄膜的取向和性能限制，可以获得与单晶块材性能基本一致的高性能热释电单晶薄膜，为高性能红外器件的制备提供了良好的材料基础。

由于敏感材料形态从块体向薄膜、器件像元由单元向多元的发展，器件结构及其加工工艺也必须进行相应的创新以实现薄膜多元器件的制备，以充分发挥薄膜敏感材料的性能优势。

首当其冲的是改变传统的器件结构，基于块体的单元红外传感器通常采用在上电极结构上沉积油墨、活性炭等厚膜材料作为器件的吸收层。这种器件结构中厚膜吸收层材料厚度较大，显著增加了器件的热容，不利于发挥薄膜器件响应快、高频探测率高的特点。同时，上述厚膜吸收层的光刻线宽较大，难以降低敏感元的面积，不利于提高多元器件的敏感元密度。

其次，在器件工艺方面按图形化的先后次序可分为以下两种方法实现集成式多元红外结构：一是先用掩膜的方式对热释电薄膜进行图形化干法刻蚀，然后图形化地生长上电极和吸收层使它们刚好覆盖在未被刻蚀的热释电薄膜上；二是先在热释电薄膜层上图形化地生长上电极和吸收层，然后再对未生长上电极及吸收层的区域进行刻蚀。上述两种方法均需进行两次掩膜，即刻蚀掩膜和镀电极掩膜。然而，上述的两种方法在第二次光刻掩膜前，器件的表面因干法刻蚀或生长上电极及吸收层而形成了多个台阶，不平整的器件表面使光刻胶难以再均匀地涂覆在器件表面；此外，光刻胶正反两次掩膜需要精确的光刻对准，工艺复杂，操作难度较大。

发明内容

针对上述存在问题或不足，为解决基于LTO单晶块体的器件结构与微细加工工艺无法充分发挥薄膜型多元红外传感器件性能优势的问题；本发明提供了一种单晶热释电薄膜多元红外传感器件的制备方法，在离子注入剥离的LTO单晶薄膜上沉积NiCr合金薄膜，将其作为单晶热释电薄膜多元红外器件上电极和红外吸收层的结构；在器件加工方面，通过设置合适的NiCr薄膜与LTO单晶薄膜的厚度比，实现NiCr合金薄膜作为干法刻蚀掩模刻蚀形成多元器件敏感元，利用刻蚀过程的粗化效应提高NiCr薄膜层对红外辐射的吸收效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

步骤(1)：通过离子注入剥离法获取LTO钽酸锂单晶薄膜片，LTO钽酸锂单晶薄膜片结构从上到下包括LTO钽酸锂热释电层、底电极、键合层及衬底。

步骤(2)：将步骤(1)所得LTO钽酸锂单晶薄膜片，通过微细加工工艺对其热释电层上表面进行图形化光刻掩膜。

步骤(3)：将步骤(2)所得的LTO钽酸锂单晶薄膜片，用磁控溅射在其光刻掩膜的一面生长NiCr合金膜，然后去除光刻胶即可得到图形化的NiCr合金膜上电极。

步骤(4)：将步骤(3)所得LTO钽酸锂单晶薄膜片的上电极一面进行干法刻蚀，刻掉未被上电极覆盖的LTO钽酸锂热释电层直至刻至底电极。