CN104465851B - 一种热释电红外探测器敏感单元及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了提供了一种制造热释电红外探测器敏感单元的方法，包括：制备钽酸锂晶片衬底；在钽酸锂晶片衬底的第一表面上形成铬金属薄膜；在铬金属薄膜上形成镍金属薄膜；在镍金属薄膜上形成第一铬镍合金层并刻蚀形成上电极；在钽酸锂晶片衬底的第二表面上形成第二铬镍合金层并刻蚀形成下电极。根据本发明的实施例的方法制造的热释电红外探测器敏感单元的吸收层具有附着牢固、重复性好、吸收波段宽、光谱平坦、吸收率高、比热容小、传热性能优良的优点。同时吸收层可兼做电极，适合作为热释电红外探测器的吸收层。
Description
技术领域
本发明涉及热释电红外探测器技术领域，尤其是涉及一种热释电红外探测器敏感单元及其制造方法。
背景技术
热释电红外探测器具有室温工作、功耗小、结构紧凑、可靠性高、光谱响应宽且光谱平坦、工艺简单、价格低廉、抗干扰性强等诸多优点，可以广泛应用于军事国防、工业、医药卫生、环境监测和科学研究等领域，例如可用于红外制导和入侵报警、安全监视、防火报警、工业生产监控、飞机车量辅助驾驶、医疗诊断、光谱分析、地球大气监测等诸多方面。
当红外辐射入射到热释电红外探测器上时，红外辐射被探测器吸收而引起探测器温度变化，温度的变化会引起探测器自发极化强度发生变化，从而实现对红外辐射的探测。非热释电红外探测器的吸收层对红外辐射的吸收特性，不仅直接影响探测器响应率和探测率，还决定了探测器的光谱响应特性。
目前热释电红外探测器的吸收层存在着附着不牢固或吸收波段窄、与标准半导体工艺不兼容、难以用于制备高性能热释电红外探测器等缺点。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种工艺简单、制造出的热释电红外探测器敏感单元的吸收层附着牢固、吸收波段宽的制造热释电红外探测器敏感单元的方法。
本发明的目的之一是提供一种吸收层附着牢固、吸收波段宽的热释电红外探测器敏感单元。
本发明公开的技术方案包括：
提供了一种制造热释电红外探测器敏感单元的方法，其特征在于，包括：制备钽酸锂晶片衬底，所述钽酸锂晶片衬底包括第一表面和与所述第一表面相反的第二表面，并在所述第一表面上形成第一图形；在所述第一表面上形成铬金属薄膜；在所述铬金属薄膜上形成镍金属薄膜，并在所述镍金属薄膜上形成第二图形；在所述镍金属薄膜上形成第一铬镍合金层，并在所述第一铬镍合金层上形成第三图形；在所述第一铬镍合金层上刻蚀形成上电极；在所述第二表面上形成第二铬镍合金层，并在所述第二铬镍合金层上形成第四图形；在所述第二铬镍合金层上刻蚀形成下电极。
本发明的一个实施例中，所述制备钽酸锂晶片衬底的步骤包括：对所述第一表面和第二表面进行机械减薄抛光和化学腐蚀处理。
本发明的一个实施例中，所述在所述第一表面上形成铬金属薄膜的步骤包括：使用磁控溅射方法在所述第一表面上形成厚度为15至25纳米的铬金属薄膜。
本发明的一个实施例中，所述在所述铬金属薄膜上形成镍金属薄膜的步骤包括：使用磁控溅射方法在所述铬金属薄膜上形成厚度为55至65纳米的镍金属薄膜。
本发明的一个实施例中，所述在所述镍金属薄膜上形成第一铬镍合金层的步骤包括：使用磁控溅射方法或者热蒸发方法在所述镍金属薄膜上形成所述第一铬镍合金层，所述第一铬镍合金层的方块电阻为9.5欧姆/块至10.0欧姆/块，并且所述第一铬镍合金层的厚度为8至15纳米。
本发明的一个实施例中，所述在所述第二表面上形成第二铬镍合金层的步骤包括：使用磁控溅射方法或者热蒸发方法在所述第二表面上形成所述第二铬镍合金层，所述第二铬镍合金层的方块电阻为9.5欧姆/块至10.0欧姆/块，并且所述第二铬镍合金层的厚度为90至100纳米。
本发明的实施例中还提供了一种热释电红外探测器敏感单元，其特征在于，包括：钽酸锂晶片衬底，所述钽酸锂晶片衬底包括第一表面和与所述第一表面相反的第二表面，并且所述第一表面上形成有第一图形；铬金属薄膜，所述铬金属薄膜形成在所述第一表面上；镍金属薄膜，所述镍金属薄膜形成在所述铬金属薄膜上，并且所述镍金属薄膜上形成有第二图形；第一铬镍合金层，所述第一铬镍合金层形成在所述镍金属薄膜上，所述第一铬镍合金层上形成有第三图形，并且所述第一铬镍合金层上刻蚀形成上电极；第二铬镍合金层，所述第二铬镍合金层形成在所述第二表面上，所述第二铬镍合金层上形成由第四图形，并且所述第二铬镍合金层上刻蚀形成下电极。
本发明的一个实施例中，所述铬金属薄膜的厚度为15至25纳米；所述镍金属薄膜的厚度为55至65纳米。
本发明的一个实施例中，所述第一铬镍合金层的方块电阻为9.5欧姆/块至10.0欧姆/块，并且所述第一铬镍合金层的厚度为8至15纳米。
本发明的一个实施例中，所述第二铬镍合金层的方块电阻为9.5欧姆/块至10.0欧姆/块，并且所述第二铬镍合金层的厚度为90至100纳米。
本发明的实施例中的方法工艺简单，利于工艺整合，适用于单元、线列热释电红外探测器。根据本发明的实施例的方法制造的热释电红外探测器敏感单元的吸收层具有附着牢固、重复性好、吸收波段宽、光谱平坦、吸收率高、比热容小、传热性能优良的优点。同时吸收层可兼做电极，适合作为热释电红外探测器的吸收层。
附图说明
图1是本发明一个实施例的制造热释电红外探测器敏感单元的方法的流程示意图。
图2是本发明一个实施例的热释电红外探测器敏感单元的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图详细说明本发明的实施例的制造热释电红外探测器敏感单元的方法的具体步骤及制造的热释电红外探测器敏感单元的结构。
图1为本发明一个实施例的制造热释电红外探测器敏感单元的方法的流程示意图。
如图1所示，本发明的一个实施例中，在步骤10，首先制备钽酸锂晶片衬底。例如，可以使用钽酸锂晶片获得钽酸锂晶片衬底。钽酸锂晶片可以包括第一表面（例如，上表面）和与第一表面相反的第二表面（例如，下表面）。本发明一个实施例中，可以对钽酸锂晶片的第一表面和第二表面进行机械减薄抛光和化学腐蚀等处理，以去除第一表面和第二表面上的缺陷和损伤，从而获得钽酸锂晶片衬底。
本发明的一个实施例中，在钽酸锂晶片衬底的第一表面上形成第一图形。该第一图形可以是能够增加对红外辐射的吸收的具有预先确定的结构、形状和/或尺寸的图形。
本发明的一个实施例中，钽酸锂晶片衬底的厚度可以为100微米。
然后，在步骤12中，可以在钽酸锂晶片衬底的第一表面上形成铬金属薄膜。例如，一个实施例中，可以使用磁控溅射方法在钽酸锂晶片衬底的第一表面上形成铬金属薄膜，形成的铬金属薄膜的厚度可以为15至25纳米。
形成了铬金属薄膜之后，在步骤14中，可以在铬金属薄膜上形成镍金属薄膜。例如，一个实施例中，可以使用磁控溅射方法在铬金属薄膜上形成镍金属薄膜，形成的镍金属薄膜的厚度可以为55至65纳米。
本发明的一个实施例中，在镍金属薄膜上形成第二图形。该第二图形可以是能够增加对红外辐射的吸收的具有预先确定的结构、形状和/或尺寸的图形。
形成了镍金属薄膜之后，在步骤16中，可以在镍金属薄膜上形成第一铬镍合金层。例如，一个实施例中，可以使用磁控溅射方法或者热蒸发方法在该镍金属薄膜上形成该第一铬镍合金层，并清洗。形成的该第一铬镍合金层的方块电阻可以为9.5欧姆/块至10.0欧姆/块，并且该第一铬镍合金层的厚度可以为8至15纳米。
本发明的一个实施例中，在第一铬镍合金层上形成第三图形。该第三图形可以是能够增加对红外辐射的吸收的具有预先确定的结构、形状和/或尺寸的图形。
然后，在该第一铬镍合金层上进行刻蚀，形成上电极。例如，一个实施例中，可以在第一铬镍合金层上光刻形成刻蚀掩膜，然后用氩离子刻蚀方法在第一铬镍合金层上刻蚀形成预定结构、形状和/或大小的上电极。
在步骤10中制备了钽酸锂晶片衬底之后，在步骤18中，可以在钽酸锂晶片衬底的第二表面上形成第二铬镍合金层。例如，一个实施例中，可以使用磁控溅射方法或者热蒸发方法在该第二表面上形成该第二铬镍合金层，并清洗。形成的该第二铬镍合金层的方块电阻可以为9.5欧姆/块至10.0欧姆/块，并且该第二铬镍合金层的厚度可以为90至100纳米。
本发明的一个实施例中，在第二铬镍合金层上形成第四图形。该第四图形可以是能够增加对红外辐射的吸收的具有预先确定的结构、形状和/或尺寸的图形。
然后，在该第二铬镍合金层上进行刻蚀，形成下电极。例如，一个实施例中，可以在第二铬镍合金层上光刻形成刻蚀掩膜，然后用氩离子刻蚀方法在该第二铬镍合金层上刻蚀形成预定结构、形状和/或大小的下电极。
本发明的实施例中，前述的第一图形、第二图形、第三图形和/或第四图形之间可以是相同的。
本发明的一个实施例中，前述的第一图形、第二图形、第三图形和/或第四图形可以用MEMS（微机电系统）形成。
经过前述步骤，即可制成需要的热释电红外探测器敏感单元。
图2为本发明一个实施例的热释电红外探测器敏感单元的结构示意图。如图2所示，该热释电红外探测器敏感单元包括钽酸锂晶片衬底4、铬金属薄膜3、镍金属薄膜2、第一铬镍合金层1和第二铬镍合金层5。
钽酸锂晶片衬底4包括第一表现和与第一表面相反的第二表面，第一表面上形成有第一图形。铬金属薄膜3形成在钽酸锂晶片衬底4的第一表面上，其厚度可以为15至25纳米；镍金属薄膜2形成在铬金属薄膜3上，其厚度可以为55至65纳米，并且镍金属薄膜2上形成有第二图形。
第一铬镍合金层1形成在镍金属薄膜2上，第一铬镍合金层1上形成有第三图形，并且该第一铬镍合金层1上刻蚀形成有上电极。该第一铬镍合金层1的方块电阻可以为9.5欧姆/块至10.0欧姆/块，厚度可以为8至15纳米。
第二铬镍合金层5形成在钽酸锂晶片衬底4的第二表面上，第二铬镍合金层5上形成有第四图形，并且该第二铬镍合金层5上刻蚀形成有下电极。该第二铬镍合金层5的方块电阻可以为9.5欧姆/块至10.0欧姆/块，厚度可以为90至100纳米。
下面详细说明本发明的几个具体的实例。
实例一：
(一) 钽酸锂（LiTaO3）晶体表面处理
1)清洗LiTaO3晶片。对LiTaO3晶片A面（第一表面）和B面（第二表面）进行机械减薄抛光及化学腐蚀。湿法腐蚀LiTaO3晶片以去除减薄抛光产生的缺陷和损伤。
（二)淀积红外吸收层并刻蚀形成电极结构
2)清洗LiTaO3晶片，在A面光刻图形化（即形成前文所述的图形）。
3)在LiTaO3晶片A面采用磁控溅射的工艺淀积铬金属薄膜和镍金属薄膜。浮胶清洗。其中铬金属薄膜厚度15nm，镍金属膜厚度60nm。
4)在LiTaO3晶片A面光刻图形化。
5)在LiTaO3晶片A面采用磁控溅射的工艺淀积铬镍合金吸收层，铬镍合金吸收层方块电阻为9.5欧姆/块，厚度为10nm，浮胶清洗。
6)在LiTaO3晶片表面光刻图形化，形成刻蚀掩模。
7）在LiTaO3晶片A面采用氩离子刻蚀的工艺刻蚀出电极的结构及大小，浮胶清洗。
8）在LiTaO3晶片B面采用磁控溅射的工艺淀积铬镍合金吸收层，铬镍合金吸收层方块电阻为9.5欧姆/块，厚度为100nm，浮胶清洗。
9)在LiTaO3晶片表面光刻图形化，形成刻蚀掩模。
10）在LiTaO3晶片B面采用氩离子刻蚀的工艺刻蚀出下电极的结构及大小，浮胶清洗。
实例二：
(一)LiTaO3表面处理
1)清洗LiTaO3晶片。对LiTaO3晶片A面（第一表面）和B面（第二表面）进行机械减薄抛光及化学腐蚀。湿法腐蚀LiTaO3晶片以去除减薄抛光产生的缺陷和损伤。
(二)淀积红外吸收层并刻蚀形成电极结构
2)清洗LiTaO3晶片，在A面光刻图形化。
3)在LiTaO3晶片A面采用磁控溅射的工艺淀积铬金属薄膜和镍金属薄膜，浮胶清洗。其中铬金属薄膜厚度20nm，镍金属膜厚度65nm。
4)在LiTaO3晶片A面光刻图形化。
5)在LiTaO3晶片A面采用热蒸发的工艺淀积铬镍合金吸收层，铬镍合金吸收层方块电阻为10.0欧姆/块，厚度为12nm，浮胶清洗。
6)在LiTaO3晶片表面光刻图形化，形成刻蚀掩模。
7)在LiTaO3晶片A 面采用氩离子刻蚀的工艺电极的结构及大小。浮胶清洗。
8）在LiTaO3晶片B面采用磁控溅射的工艺淀积铬镍合金吸收层，铬镍合金吸收层方块电阻为9.5欧姆/块，厚度为95nm，浮胶清洗。
9)在LiTaO3晶片表面光刻图形化，形成刻蚀掩模。
10）在LiTaO3晶片B面采用氩离子刻蚀的工艺刻蚀出下电极的结构及大小，浮胶清洗。
本发明的实施例中的方法工艺简单，利于工艺整合，适用于单元、线列热释电红外探测器。根据本发明的实施例的方法制造的热释电红外探测器敏感单元的吸收层具有附着牢固、重复性好、吸收波段宽、光谱平坦、吸收率高、比热容小、传热性能优良的优点。同时吸收层可兼做电极，适合作为热释电红外探测器的吸收层。
以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。此外，以上多处所述的“一个实施例”表示不同的实施例，当然也可以将其全部或部分结合在一个实施例中。
Claims (6)
1.一种制造热释电红外探测器敏感单元的方法，其特征在于，包括：
制备钽酸锂晶片衬底，所述钽酸锂晶片衬底包括第一表面和与所述第一表面相反的第二表面，并在所述第一表面上形成第一图形，所述第一图形是能够增加对红外辐射的吸收的具有预先确定的结构、形状和/或尺寸的图形；
在所述第一表面上形成铬金属薄膜；
在所述铬金属薄膜上形成镍金属薄膜，并在所述镍金属薄膜上形成第二图形，所述第二图形是能够增加对红外辐射的吸收的具有预先确定的结构、形状和/或尺寸的图形；
在所述镍金属薄膜上形成第一铬镍合金层，并在所述第一铬镍合金层上形成第三图形，所述第三图形是能够增加对红外辐射的吸收的具有预先确定的结构、形状和/或尺寸的图形；
刻蚀所述第一铬镍合金层形成上电极；
在所述第二表面上形成第二铬镍合金层，并在所述第二铬镍合金层上形成第四图形，所述第一图形是能够增加对红外辐射的吸收的具有预先确定的结构、形状和/或尺寸的图形；
刻蚀所述第二铬镍合金层形成下电极。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制备钽酸锂晶片衬底的步骤包括：对所述第一表面和第二表面进行机械减薄抛光和化学腐蚀处理。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述第一表面上形成铬金属薄膜的步骤包括：使用磁控溅射方法在所述第一表面上形成厚度为15至25纳米的铬金属薄膜。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述在所述铬金属薄膜上形成镍金属薄膜的步骤包括：使用磁控溅射方法在所述铬金属薄膜上形成厚度为55至65纳米的镍金属薄膜。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述在所述镍金属薄膜上形成第一铬镍合金层的步骤包括：使用磁控溅射方法或者热蒸发方法在所述镍金属薄膜上形成所述第一铬镍合金层，所述第一铬镍合金层的方块电阻为9.5欧姆/块至10.0欧姆/块，并且所述第一铬镍合金层的厚度为8至15纳米。
6.如权利要求1至5中任意一项所述的方法，其特征在于：所述在所述第二表面上形成第二铬镍合金层的步骤包括：使用磁控溅射方法或者热蒸发方法在所述第二表面上形成所述第二铬镍合金层，所述第二铬镍合金层的方块电阻为9.5欧姆/块至10.0欧姆/块，并且所述第二铬镍合金层的厚度为90至100纳米。
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