CN106404186A - 一种用于热电堆红外探测器的入射光线聚集器的制作工艺 - Google Patents
一种用于热电堆红外探测器的入射光线聚集器的制作工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106404186A CN106404186A CN201610966489.7A CN201610966489A CN106404186A CN 106404186 A CN106404186 A CN 106404186A CN 201610966489 A CN201610966489 A CN 201610966489A CN 106404186 A CN106404186 A CN 106404186A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- type
- thermopile
- silicon base
- substrate
- oxide layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract 3
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims abstract description 8
- 238000011161 development Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims abstract description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 23
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 claims description 3
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 3
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 3
- 238000003701 mechanical milling Methods 0.000 claims description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 8
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 3
- 230000005678 Seebeck effect Effects 0.000 description 2
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
- G01J5/12—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
- B81B7/02—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
- G01J5/12—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
- G01J5/14—Electrical features thereof
- G01J5/16—Arrangements with respect to the cold junction; Compensating influence of ambient temperature or other variables
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于热电堆红外探测器的入射光线聚集器的制作工艺，其具体工艺步骤如下：(1)使用湿法氧化工艺在P‑型(100)硅基底上形成氧化层；(2)在P‑型(100)硅基底的正面依次进行旋涂光刻胶、前烘、曝光、显影形成图案，露出需要刻蚀区域的氧化层后烘干；(3)使用缓冲氧化物刻蚀水溶液(BOE)对暴露出的氧化层进行刻蚀，去光刻胶；(4)通过使用四甲基氢氧化铵(TMAH)各向异性刻蚀溶液，在P‑型(100)硅基底正面形成倾斜面，该倾斜面作为反射平面用来改变入射光线的传播路径。本发明通过采用光线聚集器，使得热电堆红外探测器敏感区域所获得的红外入射光线照射量大大增加，提高热电堆红外探测器的响应率。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚集器，具体是一种用于热电堆红外探测器的入射光线聚集器的制作工艺。
背景技术
随着微机电系统(Micro Electro Mechanical systems，MEMS)技术的发展，微机械热电堆红外探测器也得到广泛应用。和传统的红外探测器相比，热电堆红外探测器具有无需致冷，功耗低，集成度高，适合批量制造等优点，微机械热电堆红外探测器现已广泛应用于国防和民用领域。
热电堆红外探测器是基于塞贝克效应把热能转换为电能的最重要的应用之一。塞贝克效应具体是指两种不同导体A、B连接成回路。若这个回路中两个连接点分别处于不同温度场T1和T2，并且T2＞T1,即分别处在热端和冷端，则会在回路中产生由于接点温度差(T1-T2)引起的电势差。由于红外吸收区和热电堆的热结区都位于悬浮支撑薄膜上，和硅基体实现了良好的热隔离，当红外辐射信号被红外吸收区吸收，红外吸收区和热电堆热结区的温度就会上升；而热电堆冷结区由于位于硅基体上，其温度保持为环境温度；由于热电堆的塞贝克效应，热结区和冷结区的温度差被转换成电压信号输出，通过检测输出电压就可以检测红外辐射。
光照射到介质上时，存在被散射、被投射、被反射以及被介质吸收这四种情况。对于照射到热电堆红外探测器上的光，只有被薄膜吸收的这部分光才会对探测器热结区温度的升高发挥作用。薄膜材料对不同波长的光的吸收率是不同的，材料对应的吸收光谱显示出对不同频率的光吸收的强弱，吸收光谱是与材料的激发态过程和能带结构有关。
各种各样的参数与热电堆红外探测器的性能直接相关。响应率是评估热电堆红外探测器性能的重要标准之一。为了提高响应率，人们进行了非常多的研究，但均是通过修改热电堆红外探测器本身的材料和结构来实现。
响应率是器件输出电信号与入射红外辐射功率的比值，表征了红外探測器响应红外辐射的灵敏度，同时又很大程度地影响着探測率的值。对热电堆红外探测器而言，热端与冷端之间的温度差是反映器件响应率和探測率大小的一个重要的參数。为了増大温度差以提高器件的响应率和探測率，需要尽可能保持冷端温度与基底温度相一致，同时红外吸收区要尽可能多的吸收红外辐射，从而使热端的温度更多的升高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高热电堆红外探测器响应率的热堆光线聚集器制作工艺。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于热电堆红外探测器的入射光线聚集器的制作工艺，其具体工艺步骤如下：
(1)使用湿法氧化工艺在P-型(100)硅基底上形成氧化层；
(2)在P-型(100)硅基底的正面依次进行旋涂光刻胶、前烘、曝光、显影形成图案，露出需要刻蚀区域的氧化层后烘干；
(3)使用缓冲氧化物刻蚀水溶液(BOE)对暴露出的氧化层进行刻蚀，去光刻胶；
(4)通过使用四甲基氢氧化铵(TMAH)各向异性刻蚀溶液，在P-型(100)硅基底正面形成倾斜面，该倾斜面作为反射平面用来改变入射光线的传播路径；
(5)在P-型(100)硅基底的背面用化学机械研磨工艺对P-型(100)硅基底进行减薄，减薄至形成正反面贯通的广口孔洞；
(6)在P-型(100)硅基底正面形成的的倾斜面上，利用电子束蒸镀0.2μm的铝作为反射面的镜面；
(7)最后，将制作好的入射光线聚集器与热电堆红外探测器进行键合。
作为本发明进一步的方案：所述P-型(100)硅基底键合在材料不同的第一导电层和第二导电层的上方，第一导电层和第二导电层固定设置在支撑部的顶面，支撑部的底部设置衬底，衬底的中部开设空腔，而空腔内设置连接在支撑部底面的红外吸热层。
作为本发明进一步的方案：所述衬底的底部设置散热器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于红外光线聚集器是在热电堆红外探测器的冷端进行键合，增大了冷端的接触面积。而且红外光线聚集器拥有一个大的表面积，相对于单独的红外热电堆探测器能够与传感器内部的封装气体有更多热传递，这使得红外光线聚集器在增加热电堆红外探测器热端的红外线入射量的同时又充当了冷端散热器的功能，热电堆红外探测器冷热端的温差进一步增大，能够明显的增加红外热电堆探测器的响应率，通过实验加了红外光线聚集器的热电堆传感器相比于没有加红外光线聚集器的传感器响应率提高了25％。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例中，一种用于热电堆红外探测器的入射光线聚集器的制作工艺，其具体工艺步骤如下：
(1)使用湿法氧化工艺在P-型(100)硅基底7上形成氧化层；
(2)在P-型(100)硅基底7的正面依次进行旋涂光刻胶、前烘、曝光、显影形成图案，露出需要刻蚀区域的氧化层后烘干；
(3)使用缓冲氧化物刻蚀水溶液(BOE)对暴露出的氧化层进行刻蚀，去光刻胶；
(4)通过使用四甲基氢氧化铵(TMAH)各向异性刻蚀溶液，在P-型(100)硅基底7正面形成倾斜面，该倾斜面作为反射平面用来改变入射光线的传播路径；
(5)在P-型(100)硅基底7的背面用化学机械研磨工艺对P-型(100)硅基底7进行减薄，减薄至形成正反面贯通的广口孔洞；
(6)在P-型(100)硅基底7正面形成的的倾斜面上，利用电子束蒸镀0.2μm的铝作为反射面的镜面；
(7)最后，将制作好的入射光线聚集器与热电堆红外探测器进行键合。
所述P-型(100)硅基底7键合在材料不同的第一导电层3和第二导电层6的上方，第一导电层3和第二导电层6固定设置在支撑部的顶面，支撑部的底部设置衬底，衬底的中部开设空腔4，而空腔4内设置连接在支撑部1底面的红外吸热层5，而所述衬底的底部设置散热器2。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (3)
1.一种用于热电堆红外探测器的入射光线聚集器的制作工艺，其特征在于，其具体工艺步骤如下：
(1)使用湿法氧化工艺在P-型(100)硅基底上形成氧化层；
(2)在P-型(100)硅基底的正面依次进行旋涂光刻胶、前烘、曝光、显影形成图案，露出需要刻蚀区域的氧化层后烘干；
(3)使用缓冲氧化物刻蚀水溶液(BOE)对暴露出的氧化层进行刻蚀，去光刻胶；
(4)通过使用四甲基氢氧化铵(TMAH)各向异性刻蚀溶液，在P-型(100)硅基底正面形成倾斜面，该倾斜面作为反射平面用来改变入射光线的传播路径；
(5)在P-型(100)硅基底的背面用化学机械研磨工艺对P-型(100)硅基底进行减薄，减薄至形成正反面贯通的广口孔洞；
(6)在P-型(100)硅基底正面形成的的倾斜面上，利用电子束蒸镀0.2μm的铝作为反射面的镜面；
(7)最后，将制作好的入射光线聚集器与热电堆红外探测器进行键合。
2.根据权利要求1所述的一种用于热电堆红外探测器的入射光线聚集器的制作工艺，其特征在于，所述P-型(100)硅基底键合在材料不同的第一导电层和第二导电层的上方，第一导电层和第二导电层固定设置在支撑部的顶面，支撑部的底部设置衬底，衬底的中部开设空腔，而空腔内设置连接在支撑部底面的红外吸热层。
3.根据权利要求1所述的一种用于热电堆红外探测器的入射光线聚集器的制作工艺，其特征在于，所述衬底的底部设置散热器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610966489.7A CN106404186B (zh) | 2016-11-01 | 2016-11-01 | 一种用于热电堆红外探测器的入射光线聚集器的制作工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610966489.7A CN106404186B (zh) | 2016-11-01 | 2016-11-01 | 一种用于热电堆红外探测器的入射光线聚集器的制作工艺 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106404186A true CN106404186A (zh) | 2017-02-15 |
| CN106404186B CN106404186B (zh) | 2023-07-14 |
Family
ID=58014412
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610966489.7A Active CN106404186B (zh) | 2016-11-01 | 2016-11-01 | 一种用于热电堆红外探测器的入射光线聚集器的制作工艺 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106404186B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000292254A (ja) * | 1999-04-12 | 2000-10-20 | Omron Corp | 赤外線吸収体及びこの赤外線吸収体を用いた熱型赤外線センサ |
| US6339220B1 (en) * | 1997-03-31 | 2002-01-15 | Nec Corporation | Thermal infrared detecting device |
| CN101885466A (zh) * | 2010-06-13 | 2010-11-17 | 东南大学 | 二元光学玻璃透镜的制造及封装mems红外探测器的方法 |
| CN102244190A (zh) * | 2010-05-10 | 2011-11-16 | 中国科学院微电子研究所 | 一种热电堆红外探测器 |
-
2016
- 2016-11-01 CN CN201610966489.7A patent/CN106404186B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6339220B1 (en) * | 1997-03-31 | 2002-01-15 | Nec Corporation | Thermal infrared detecting device |
| JP2000292254A (ja) * | 1999-04-12 | 2000-10-20 | Omron Corp | 赤外線吸収体及びこの赤外線吸収体を用いた熱型赤外線センサ |
| CN102244190A (zh) * | 2010-05-10 | 2011-11-16 | 中国科学院微电子研究所 | 一种热电堆红外探测器 |
| CN101885466A (zh) * | 2010-06-13 | 2010-11-17 | 东南大学 | 二元光学玻璃透镜的制造及封装mems红外探测器的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106404186B (zh) | 2023-07-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9117949B2 (en) | Structure and fabrication method of a high performance MEMS thermopile IR detector | |
| US9222837B2 (en) | Black silicon-based high-performance MEMS thermopile IR detector and fabrication method | |
| WO2002099372A3 (en) | Advanced high speed, multi-level uncooled bolometer and method for fabricating same | |
| US20180090657A1 (en) | Packaging Method and Semiconductor Device | |
| JP2003532067A (ja) | マイクロボロメータおよびその形成方法 | |
| JP2001281051A (ja) | 熱型赤外線センサおよびその製造方法 | |
| CN109313079A (zh) | 用于测量温度和检测气体的热电堆红外单个传感器 | |
| CN108426833B (zh) | 一种基于盒形气室结构的全集成式红外气体传感器 | |
| CN103245421A (zh) | 致热型mems热电堆红外探测器结构及其制备方法 | |
| CN106206831A (zh) | 基于飞秒激光烧蚀红外增强Si‑PIN探测器及其制备方法 | |
| CN204271111U (zh) | 热电堆红外探测器 | |
| CN110627014B (zh) | 一种在衬底上制作悬浮红外热堆的方法 | |
| CN116963574B (zh) | 一种红外热电堆传感器及其制造方法 | |
| CN108318439B (zh) | 一种基于椭圆形气室结构的全集成式红外气体传感器 | |
| CN106404186A (zh) | 一种用于热电堆红外探测器的入射光线聚集器的制作工艺 | |
| CN102185018B (zh) | 用飞秒激光制备背入射硅基碲镉汞焦平面增透膜的方法 | |
| CN111115565B (zh) | 一种mems红外光源的制备方法及其应用 | |
| CN206223301U (zh) | 一种热电堆红外探测器的热堆光线聚集器 | |
| CN108074874A (zh) | 光学组件封装结构 | |
| CN207556682U (zh) | 热电堆红外探测器 | |
| Liu et al. | CMOS MEMS infrared source based on black silicon | |
| Lei et al. | Micromachined Infrared Thermopile Detector Based on a Suspended Film Structure | |
| CN113008823B (zh) | 一种全集成式红外气体传感器 | |
| CN103604506B (zh) | 一种远红外线感测芯片 | |
| TWI473982B (zh) | Infrared sensing chip |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wu Bin Inventor after: Zhang Shaoda Inventor after: Zheng Xingyu Inventor before: Wu Bin Inventor before: Zhang Shaoda Inventor before: Li Zhaohao |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |