[发明专利]集成黑硅纳米结构吸收层及多层组合膜结构的敏感元件

摘要

本发明涉及红外气体探测器的敏感元件，具体是一种集成黑硅纳米结构吸收层及多层组合膜结构的敏感元件，进一步提高了热释电薄膜型红外气体探测器的检测性能。所述敏感元件由两块敏感元基片加工获得，其加工方法包括：1、加工第一敏感元基片；2、加工第二敏感元基片；3、加工敏感元件。加工工艺合理，所得敏感元件具备良好的热吸收性能和热响应性能，能用于构建高性能红外气体探测器，满足环境安全、煤矿生产安全、以及危化品气体储运、煤气管道防泄、森林火灾防护、工业安全生产等领域中的监测需要。

主权项

一种集成黑硅纳米结构吸收层及多层组合膜结构的敏感元件，其特征在于：所述敏感元件由两块敏感元基片加工获得，其加工方法如下：1、加工第一敏感元基片1）、采用溅射工艺技术在SOI基底片上依次溅射Ti层、Pt层，形成上电极(1)；其中，Ti层厚度为80nm，Pt层厚度为150nm；2）、采用溶胶‑凝胶加工工艺在上电极上交替制备PT薄膜和PZT薄膜，形成PT/PZT/PT ～ PT/PZT/PT热释电薄膜组合层(2)，所述热释电薄膜组合层厚度小于等于1μm；3）、对PT/PZT/PT ～ PT/PZT/PT 热释电薄膜组合层(2)涂胶、曝光、显影，光刻图形化PT/PZT/PT ～ PT/PZT/PT 热释电薄膜组合层；4）、采用溅射工艺技术在PT/PZT/PT ～ PT/PZT/PT热释电薄膜组合层(2)上依次溅射Pt层和Ti层，并使用剥离工艺，形成下电极(3)，其中，Ti层厚度为80nm，Pt层厚度为150nm，得到第一敏感元基片(4)；2、加工第二敏感元基片1）、先采用等离子体增强化学气相沉积法在硅基底片(5)上沉积Si₃N₄薄膜(6)；然后采用湿氧氧化工艺在Si₃N₄薄膜(6)上生长SiO₂薄膜(7)，形成Si₃N₄/SiO₂ 热隔离层；其中，Si₃N₄ 薄膜厚度为150nm，SiO₂ 薄膜厚度为500nm；2）、采用溅射工艺技术在Si₃N₄/SiO₂ 热隔离层上依次溅射Pt层、Ti层，并使用剥离工艺，形成与第一敏感元基片下电极(3)位置对应的下电极(8)，得到第二敏感元件基片(9)，其中，Ti层厚度为80nm，Pt层厚度为150nm；3、加工敏感元件1）、翻转第一敏感元基片(4)，采用金属键合技术，将第一敏感元基片(4)的下电极(3)与第二敏感元基片(9)的下电极(8)进行键合，得到敏感元件半成品(10)；2）、采用湿法腐蚀工艺，依次腐蚀敏感元件半成品(10)中第一敏感元基片SOI基底片的硅衬底和SiO₂层，保留第一敏感元基片SOI基底片的顶层硅；3）、采用反应离子刻蚀技术，将第一敏感元基片SOI基底片的顶层硅加工成锥状森林形貌结构的黑硅纳米结构吸收层(11)，即红外敏感吸收层，得到敏感元件(12)。