[发明专利]红外热电堆阵列及其制备方法

说明书

本发明提供一种红外热电堆阵列及其制备方法，该方法包括：提供正面形成有呈阵列分布的红外热电偶衬底；于衬底背面形成具有外缘介质层及内部介质层的图形化的介质层及释放槽刻蚀窗口；于外缘介质层上形成光刻胶层；藉由释放槽刻蚀窗口采用深反应离子刻蚀刻蚀第一预设深度的衬底；去除内部介质层；采用深反应离子刻蚀刻蚀外缘介质层内部裸露出的衬底，形成呈阵列分布的凸台。采用本方法制备的红外热电堆阵列，降低红外热电堆的热导及破膜风险；另外，凸台可迅速导热，使冷结区温度与环境温度保持一致，同时，在刻蚀形成该凸台时，只需要考虑剩余衬底的侧腐蚀，大大降低侧腐蚀对凸台的影响，从而大大减小凸台的尺寸，利于阵列集成度的提高。

技术领域

本发明涉及微机械传感器技术领域，特别是涉及一种红外热电堆阵列及其制备方法。

背景技术

红外技术的发展自1800年英国天文学家W.Herschel发现红外辐射至今已经200多年历史。在红外成像、红外制导、红外预警等军事领域是至关重要。具体工作原理是塞贝克效应(Seebeck effect)，即两种不同的材料A和B的一端相连作为热端，当这个热端受热时，冷热端会产生温差ΔT。根据两种材料的塞贝克系数的不同，冷端会有一个电压输出Uout，输出信号与温差关系表达式为：Uout＝(αA-αB)*ΔT。其中，αA、αB分别是两种材料的塞贝克系数。

红外热电堆探测器作为最早的热红外探测器，最初利用真空镀膜的方法器件尺寸较大，不易批量生产。随着MEMS技术的投入，出现了最早的微机械制造封闭膜结构的硅基红外热电堆探测器，由于它成本低廉，适合批量生产；输出信号大，灵敏度更高；尺寸小，易封装等优势迅速成为研究热点。

如图1所示，为目前通常使用的一种红外热电堆传感器的结构示意图。该红外热电堆传感器包括硅衬底01，所述硅衬底01上设置有凹槽011；在所述硅衬底01的表面、横跨所述凹槽01设置有热电偶02，热电偶02位于硅衬底上的一端设置为冷结区03；热电偶02悬浮于所述凹槽011上的一端上还设置有感应吸收环境热量的薄膜材料，该薄膜材料的对应区域设置为热结区04。在上述热电堆传感器的使用过程中，热结04区吸收待测环境的温度，从而使得热结区04与冷结区03之间存在温度差，该温度差进一步导致热电偶两端产生温差电动势，通过温差电动势与温度差的对应关系，就能够计算得到对应的待测环境温度与冷结区的温度差，进一步在确定冷结区温度的情况下，就能够根据对应的温度差计算得到待测环境温度。

目前一般采用正面湿法腐蚀的方法对红外热电堆阵列进行释放，形成上述凹槽011，湿法腐蚀的方法操作复杂，成本高，容易出现红外热电堆结构破膜的现象，同时腐蚀腔的深度受湿法腐蚀工艺的限制，无法做的较深，不利于红外热电堆阵列的集成。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种红外热电堆阵列及其制备方法，用于解决现有技术中采用正面湿法腐蚀的方法对红外热电堆阵列进行释放，操作复杂，成本高，容易出现破膜且不利于红外热电堆阵列的集成等的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种红外热电堆阵列的制备方法，所述制备方法包括：

提供衬底，且所述衬底的正面形成有呈阵列分布的红外热电偶；

于所述衬底的背面形成介质层，并对所述介质层进行图形化，形成图形化的介质层，所述图形化的介质层分为外缘介质层及内部介质层，所述外缘介质层及所述内部介质层与相邻的所述内部介质层之间形成释放槽刻蚀窗口，所述释放槽刻蚀窗口呈阵列分布，每个所述释放槽刻蚀窗口与相应的红外热电偶的热结区对应；

采用光刻工艺于所述外缘介质层上形成光刻胶层；

藉由所述释放槽刻蚀窗口采用深反应离子刻蚀工艺刻蚀所述衬底，刻蚀至第一预设深度；

去除所述内部介质层；