CN105300529A - 光谱平坦的热释电探测器用吸收层及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光谱平坦的热释电探测器用吸收层，按入射辐射的入射顺序依次包括镍铬合金层、镍金属薄膜和铬金属薄膜，本发明还提供一种所述吸收层的制备方法，包括步骤：1)在双面抛光的LiTaO₃晶片上制作光谱平坦的吸收层，2)清洗LiTaO₃晶片，在A面光刻图形化；3)在LiTaO₃晶片A面淀积铬金属薄膜和镍金属薄膜；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镍铬合金层，6)在LiTaO₃晶片A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形状结构及大小，本发明吸收层具有附着牢固、重复性好、吸收波段宽而平坦、吸收率高、比热容小、传热性能优良等优点，同时吸收层可兼做电极，适合作为热释电探测器的吸收层。

Description

光谱平坦的热释电探测器用吸收层及其制备方法

技术领域

本发明涉及光学薄膜元件，具体涉及一种光谱平坦的热释电探测器用吸收层及其制备方法。

背景技术

热释电探测器是一种红外辐射的探测器件，它利用热释电体的自发极化随温度变化的特性制成。这种器件在室温下工作，具有很宽的光谱范围和较高的探测率。在室温工作的热敏探测器中，它的低频特性可与高莱管、真空热电偶相媲美，而高频特性则优于任何其他热敏探测器。热释电探测器用途十分广泛，主要有：辐射测量与定标、辐射温度测量、湿度测量；红外分光光谱测量。广泛应用于国防、工业、医学和科学研究等领域，例如可用于入侵报警、安全监视、防火报警、工业生产监控、飞机车量辅助驾驶、医疗诊断等诸多方面。热释电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，还决定了热释电探测器的光谱响应特性。

目前非制冷红外探测器的吸收层存在着附着不牢固或吸收波段窄、和标准半导体工艺不兼容，难以用于线列和面阵探测器等缺点。

发明内容

本发明的目的是提出一种光谱平坦、宽波段吸收层结构及其制备方法，以解决热释电探测器红外吸收层附着不牢固或吸收波段窄、和标准半导体工艺不兼容、难以用于线列和面阵探测器的问题。

为实现上述发明目的，本发明提供一种光谱平坦的热释电探测器用吸收层，按入射辐射的入射顺序，从上至下依次包括镍铬合金层、镍金属薄膜和铬金属薄膜，其中：所述的铬镍合金层厚度为7.5nm-8.5nm，方块电阻为9.5Ω/□-10.0Ω/□；所述的镍金属薄膜膜厚为8nm-10nm；所述的铬金属薄膜膜厚为8nm-10nm。

本发明还提供一种所述的光谱平坦的热释电探测器用吸收层的制备方法，包括如下步骤：

1)在双面抛光、大小为1.2×1.2mm²的LiTaO₃晶片上制作光谱平坦的吸收层，晶片的两个表面分别标记为A面和B面，对LiTaO₃晶片A面进行机械减薄使其平坦并抛光，使晶片厚度为10μm；

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厚度8nm-10nm的铬金属薄膜和厚度8nm-10nm的镍金属薄膜；

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7.5nm-8.5nm镍铬合金层，镍铬合金层方块电阻为9.5Ω/□-10.0Ω/□，然后进行浮胶清洗；

6)在LiTaO₃晶片A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形状结构及大小，然后进行浮胶清洗。

本发明的有益效果为：本发明吸收层具有附着牢固、重复性好、吸收波段宽而平坦、吸收率高、比热容小、传热性能优良等优点，同时吸收层可兼做电极，适合作为热释电探测器的吸收层。

附图说明

图1为本发明中的吸收层结构图。

图2为采用本发明的吸收层及制备方法得到的不同钽酸锂厚度(d＝10、20、30、40nm)镍镉吸收层热释电探测器的电压响应率测试结果。

其中，1为铬镍合金层，2为镍金属薄膜，3为铬金属薄膜。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

现有的最常用的热释电探测器吸收层材料为黑金吸收层，但是黑金吸收层致密度较低，颗粒团聚现象较为明显，且需在氮气条件下制备，普通的溅射设备难以达到要求，且制备成本高。

本实施例中的光谱平坦的热释电探测器用吸收层采用镍镉吸收层，制备条件简单，在氩气环境下就可以制备，制备成本低，制备出的镍镉吸收层致密度高，没有明显的颗粒团聚现象，且相比于黑金吸收层，镍镉作为吸收层所制备的热释电探测器电压响应率可以达到10⁵V/W，与黑金吸收层热释电探测器相当甚至更高(黑金吸收层热释电探测器电压响应率一般为10⁴V/W)。从图2可以看出，使用本吸收层及其制备方法得到的镍镉吸收层热释电探测器响应高，达到10⁴方，甚至更好，相比于传统黑金吸收层，镍镉吸收层很容易制备，得到的器件响应可以达到与黑金吸收层相当的数值甚至更好。

实施例1

在基于LiTaO₃材料的32×1热释电线列探测器中采用本发明的光谱平坦的热释电探测器用吸收层，光谱平坦的探测器用吸收层的制备方法包括如下步骤：

1)在双面抛光、大小为1.2×1.2mm²的LiTaO₃晶片上制作光谱平坦的吸收层，晶片的两个表面分别标记为A面和B面，对LiTaO₃晶片A面进行机械减薄使其平坦并抛光，使晶片厚度为10μm；化学腐蚀LiTaO₃晶片A面以去除缺陷和损伤。

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厚度8nm的铬金属薄膜和厚度8nm的镍金属薄膜；

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7.5nm-8.5nm镍铬合金层，镍铬合金层方块电阻为9.5Ω/□，然后进行浮胶清洗；

6)在LiTaO₃晶片A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形状结构及大小，然后进行浮胶清洗。

制得的光谱平坦的热释电探测器用吸收层按入射辐射的入射顺序，从上至下依次包括镍铬合金层1、镍金属薄膜2和铬金属薄膜3，其中：所述的铬镍合金层1厚度为7.5nm-8.5nm，方块电阻为9.5Ω/□；所述的镍金属薄膜2膜厚为8nm；所述的铬金属薄膜3膜厚为8nm。

实施例2

在基于LiTaO₃材料的单元热释电探测器中，采用本发明的光谱平坦的热释电探测器用吸收层，光谱平坦的探测器用吸收层的制备方法包括如下步骤：

1)在双面抛光、大小为1.2×1.2mm²的LiTaO₃晶片上制作光谱平坦的吸收层，晶片的两个表面分别标记为A面和B面，对LiTaO₃晶片A面进行机械减薄使其平坦并抛光，使晶片厚度为10μm；化学腐蚀LiTaO₃晶片A面以去除缺陷和损伤。

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厚度10nm的铬金属薄膜和厚度10nm的镍金属薄膜；

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7.5nm-8.5nm镍铬合金层，镍铬合金层方块电阻为10.0Ω/□，然后进行浮胶清洗；

6)在LiTaO₃晶片A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形状结构及大小，然后进行浮胶清洗。

制得的光谱平坦的热释电探测器用吸收层按入射辐射的入射顺序，从上至下依次包括镍铬合金层1、镍金属薄膜2和铬金属薄膜3，其中：所述的铬镍合金层1厚度为7.5nm-8.5nm，方块电阻为10.0Ω/□；所述的镍金属薄膜2膜厚为10nm；所述的铬金属薄膜3膜厚为10nm。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (2)

1.一种光谱平坦的热释电探测器用吸收层，其特征在于：按入射辐射的入射顺序，从上至下依次包括镍铬合金层(1)、镍金属薄膜(2)和铬金属薄膜(3)，其中：所述的铬镍合金层(1)厚度为7.5nm-8.5nm，方块电阻为9.5Ω/□-10.0Ω/□；所述的镍金属薄膜(2)膜厚为8nm-10nm；所述的铬金属薄膜(3)膜厚为8nm-10nm。

2.如权利要求1所述的光谱平坦的热释电探测器用吸收层的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1)在双面抛光、大小为1.2×1.2mm²的LiTaO₃晶片上制作光谱平坦的吸收层，晶片的两个表面分别标记为A面和B面，对LiTaO₃晶片A面进行机械减薄使其平坦并抛光，使晶片厚度为10μm；

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厚度8nm-10nm的铬金属薄膜和厚度8nm-10nm的镍金属薄膜；

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7.5nm-8.5nm镍铬合金层，镍铬合金层方块电阻为9.5Ω/□-10.0Ω/□，然后进行浮胶清洗；

6)在LiTaO₃晶片A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形状结构及大小，然后进行浮胶清洗。