CN107741278B - 一种基于超表面的非制冷红外成像传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于超表面的非制冷红外成像传感器，包括双层非制冷红外探测器，双层非制冷红外探测器包括半导体衬底和探测器本体，探测器本体包括第一层悬空结构和第二层悬空结构，第一层悬空结构包括金属反射层、绝缘介质层、金属电极层、电极保护层、第一支撑层、热敏保护层和热敏层，第二层悬空结构包括超材料支撑层和超材料支撑保护层，在超材料支撑保护层上设有超材料结构，所述超材料结构采用NiCr或/和Al，其厚度在12～30nm之间；还涉及上述传感器的制备方法，提供一未进行牺牲层释放的双层非制冷红外探测器，在其上制备超材料结构后，进行牺牲层释放，制备工艺简单，能与CMOS工艺兼容，且能够实现多色探测、宽波段探测、窄谱探测等功能。
Description
技术领域
本发明涉及到一种基于超表面的非制冷红外成像传感器及其制备方法，属于非制冷红外探测器领域。
背景技术
非制冷红外探测器(uncooled infrared bolometer)除了在军事领域的应用外，在民用领域得到了广泛的应用，如消防、汽车辅助、森林防火、野外探测、环境保护等领域。
电磁超材料(Metamaterial)，简称超材料，是指一类具有天然材料所不具备的超常电磁性质的人工复合结构或复合材料；2001年，Walser第一次提出电磁超材料的概念利用超材料可以实现电磁波和光波性能的任意“剪裁”，从而可获得诸如完美透镜、隐身斗篷、电磁波完美吸收等特殊器件；如今，超材料已成为理论基础研究与技术应用研究共同关注的热点。根据有效媒介理论，超材料的特性可以通过关键物理尺寸的结构有序设计来调控；所以，通过调整其物理尺寸及材料参数，能够使超材料与入射电磁波的电磁分量产生耦合，从而使特定频带的入射电磁波的绝大部分(甚至100％)被吸收，由此获得特殊的超材料“完美吸收器”；自从N.I.Landy等人第一次实验验证了超材料完美吸波体后，超材料吸波体取得了快速的发展，工作波段逐渐从射频波段延伸到THz波段，红外甚至可见光波段。
传统的红外探测器为了实现宽波段的功能，一般采用调整谐振腔高度的办法(专利CN103759838 A)，通过该高度的调整，增强特定波段的吸收，从而实现宽波段吸收，但是该方法的工艺难度非常大，对于红外辐射吸收具有波段选择性。
传统的红外探测器在实现偏振功能时，一般使用外置的偏振片与光学镜头结合。该方法不仅增加了光路的设计难度，而且增加了产品的成本；
传统的红外探测器在实现多色功能时，一般使用的是多种不同高度的谐振腔组合，通过调整谐振腔的高度，增加特定的吸收谱段。该方法大大增加了工艺步骤，提升了工艺实现的难度，并且由于不同的谐振腔的高度控制非常难，所以在制备过程中非常容易导致产品不能达到理想的高度，也就不能实现目标波段的吸收，从而导致产品的失效率提升。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的不足，提供一种附加热容低，制作工艺简单、且探测目标能力强的基于新型超表面非制冷红外成像传感器及其制备方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于超表面的非制冷红外成像传感器,包括双层非制冷红外探测器，所述双层非制冷红外探测器包括包含读出电路的半导体衬底和带微桥支撑结构的探测器本体，所述探测器本体包括第一层悬空结构和第二层悬空结构，所述第二层悬空结构设置在所述第一层悬空结构上，所述第一层悬空结构包括金属反射层、绝缘介质层、金属电极层、电极保护层、第一支撑层、热敏保护层和热敏层，所述第二层悬空结构包括超材料支撑层和设置在所述超材料支撑层上的超材料支撑保护层，在超材料支撑保护层上设有超材料结构，所述超材料结构采用NiCr或/和Al，其厚度在12～30nm之间。
本发明中传感器的有益效果：
(1)实现了超材料结构与双层非制冷红外探测器进行单片集成，可以根据实际需要，定制设计结构：由于超材料吸收电磁波主要是基于物理结构和材料参数的结合，所以可以通过设计不同的结构以及使用不同的材料与该结构结合，从而能够实现多种功能的吸收结构，例如宽波段、偏振、多色、窄谱等功能。该结构的制作完全与传统的CMOS工艺兼容，而不会增加工艺难度。并且该结构与红外探测器是一个完整的整体，大大简化了工艺流程，提升了生产效率；
(2)通过使用超材料结构与红外探测器结合，超材料吸收电磁波会增强红外探测器本身吸收的电磁波信号，两个信号是完全叠加在一起的，也就是说，通过超材料与红外探测器结合可以增加信号的强度，并且可以通过一个读出电路处理该信号，而不用增加额外的算法与电路，简化了后端的信号处理模块，节省了人力与成本。
(3)结合了超材料的双层非制冷红外探测器，附加热容低，能够实现多功能的红外探测器的单片集成，从而能够提升探测器的探测目标的能力。
进一步，所述半导体衬底上设有所述金属反射层和所述绝缘介质层，所述金属反射层包括若干个金属块；
所述绝缘介质层上设有所述第一支撑层，所述第一支撑层上设有第一锚点孔和第二锚点孔，所述第一锚点孔和第二锚点孔的底部分别设有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和第二通孔分别终止于所述金属块，所述第一支撑层上、第一锚点孔和第二锚点孔内设有金属电极层，所述金属电极层包括设置在所述第一支撑层上的金属电极和设置在第一锚点孔和第二锚点孔内的金属连线，所述金属电极层上设有电极保护层，所述电极保护层上设有接触孔，所述接触孔终止于所述金属电极，所述电极保护层上设有热敏层，所述热敏层上设有热敏保护层；
所述热敏保护层上设有所述第二层悬空结构，所述超材料支撑层上设有第三锚点孔和第四锚点孔，所述第三锚点孔和第四锚点孔的截面呈梯形，其下端接触所述热敏保护层。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：双层结构的第二层结构的设计不会受第一层结构的影响，可以设计的结构多样化，并且不会影响第一层结构的热敏层热敏效果。
进一步，所述绝缘介质层氮化硅薄膜或二氧化硅薄膜，其厚度为0.02～0.30μm，所述第一支撑层和超材料支撑层均为低应力氮化硅薄膜，厚度均为0.10～0.30μm，所述金属电极层为金属铝或钨，所述热敏层为氧化钒、氧化锰、氧化铜、氧化钼、氧化钛或多晶硅等。
进一步，所述超材料结构包括矩形框体和设置在所述矩形框体的中间部位的矩形中心板，所述矩形框体和所述矩形中心板之间设有纵横交错的横筋和竖筋，所述矩形框体、横筋和竖筋之间形成多个矩形镂空，所述矩形中心板的面积等于相邻四个矩形镂空及其之间的横筋和竖筋的面积和，所述矩形中心板不包括设置在其四周的横筋和竖筋，所述矩形框体、横筋和竖筋的厚度为12nm，材料为NiCr。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：能够实现宽波段的吸收，在3-19μm之间的波长之间都能达到很高的吸收率。
进一步，所述超材料结构的外轮廓为矩形，中心处设有矩形镂空，所述外轮廓设有水平中心线和竖直中心线，所述矩形镂空和所述外轮廓之间设有来回弯折形成闭环结构的薄带，所述薄带形成的闭环结构分别关于所述水平中心线和所述竖直中心线对称，所述闭环结构的弯折处为直角弯折，所述薄带的材料为NiCr，厚度为20nm，宽度为0.5μm-5μm。
采用上述进一步技术方案的有益效果：可以实现6μm、10.5μm以及19μm的高吸收率，而其余波段的吸收率相对较低，使用该结构可以实现多色型红外探测器的作用。
进一步，所述矩形框体的四角均设有倒角，靠近倒角的矩形镂空的面积小于远离倒角处的矩形镂空的面积。
进一步，所述超材料结构包括由扁带形成矩形轮廓，所述矩形轮廓的每条边的中心设有向内的U字型弯折，所述扁带的材料为NiCr，厚度为20nm，宽度为0.5μm-5μm。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：以实现多色型红外探测器的作用。
进一步，所述超材料结构的外轮廓为矩形，中心处设有十字型镂空结构，所述超材料结构的材料为NiCr，厚度为20nm，十字型镂空结构的缝隙宽度为0.5μm-5μm。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：通过该结构可以实现14-17μm的红外波段的高吸收率，实现了特定谱段的吸收，通过调整缝隙的大小，结构的尺寸以及薄膜的厚度，还可以对吸收谱段进行调节，可以通过控制以上因素，得到目标谱段。
进一步，所述超材料结构包括一对对称设置矩形框，两矩形框的相邻边上设有开口，在两个所述矩形框中间设有连接带，所述连接带穿过所述开口与两个所述矩形框的侧边垂直。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：可以实现特定谱段的吸收。
进一步，所述超材料结构为凹字型结构，材料为Al,厚度为30nm。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：可以实现偏振的效果。
进一步，所述超材料结构包括呈矩阵排列的四个区域，分别为第一区域、第二区域、第三区域和第四区域，在四个区域内分别设有第一超材料结构、第二超材料结构、第三超材料结构和第四超材料结构，所述第一超材料结构和第三超材料结构的形状相同，所述第二超材料结构与所述第四超材料结构的形状相同。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：通过在四个区域设置不同形状和厚度的超材料结构，由于结构之间的相互作用，以及电磁场在不同结构之间的耦合效果不同，可以使传感器不仅能够实现各个功能的叠加，而且能够使各个功能的效果增强，即增加传感器的整体吸收率。
进一步，所述第一超材料结构为包括矩形框体和设置在所述矩形框体的中间部位的矩形中心板，所述矩形框体和所述矩形中心板之间设有纵横交错的横筋和竖筋，所述矩形框体、横筋和竖筋之间形成多个矩形镂空，所述矩形中心板的面积等于相邻四个矩形镂空及其之间的横筋和竖筋的面积和，所述矩形框体、横筋和竖筋的厚度为12nm，材料为NiCr；所述第二超材料结构包括多个依次排列的竖直薄片，所述竖直薄片为Al,厚度为30nm。
采用上述进一步技术方案的有益效果：能够同时实现偏振的功能和宽波段的吸收。
进一步，所述第一超材料结构为包括矩形框体和设置在所述矩形框体的中间部位的矩形中心板，所述矩形框体和所述矩形中心板之间设有纵横交错的横筋和竖筋，所述矩形框体、横筋和竖筋之间形成多个矩形镂空，所述矩形中心板的面积等于相邻四个矩形镂空及其之间的横筋和竖筋的面积和，所述矩形框体、横筋和竖筋的厚度为12nm，材料为NiCr；所述第二超材料结构为凹字型结构，材料为Al，厚度为30nm。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：能够同时实现偏振的功能和宽波段的吸收。
本发明还涉及一种基于超表面的非制冷红外成像传感器的制备方法，包括以下步骤：
步骤1.提供一未进行牺牲层释放的双层非制冷红外探测器，包括包含读出电路的半导体衬底和带微桥支撑结构的探测器本体，所述探测器本体包括第一层悬空结构和第二层悬空结构，所述第一层悬空结构包括金属块、绝缘介质层、第一牺牲层、金属电极层、电极保护层、第一支撑层、热敏保护层和热敏层，所述第二层悬空结构包括第二牺牲层、超材料支撑层和设置在所述超材料支撑层上的超材料支撑保护层；
步骤2：在超材料支撑保护层上制备超材料结构，在超材料支撑保护层上制备超材料结构，首先，在超材料支撑保护层上沉积超材料层，然后，在超材料层的表面旋涂光刻胶，通过光刻蚀刻的方法，在超材料支撑保护层上得到超材料结构，所述超材料层为NiCr和/或Al,厚度在12～30nm之间；
步骤3：结构释放，释放第一牺牲层和第二牺牲层，形成基于超表面的非制冷红外成像传感器。
本发明中制备方法的有益效果是：
(1)可以根据实际需要，定制设计结构：由于超材料吸收电磁波主要是基于物理结构和材料参数的结合，所以可以通过设计不同的结构以及使用不同的材料与该结构结合，从而能够实现多种功能的吸收结构，例如宽波段、偏振、多色、窄谱等功能。该结构的制作完全与传统的CMOS工艺兼容，而不会增加工艺难度，并且该结构与红外探测器是一个完整的整体，大大简化了工艺流程，提升了生产效率；
(2)通过使用超材料结构与红外探测器结合，超材料吸收电磁波会增强红外探测器本身吸收的电磁波信号，两个信号是完全叠加在一起的，也就是说，通过超材料与红外探测器结合可以增加信号的强度，并且可以通过一个读出电路处理该信号，而不用增加额外的算法与电路，简化了后端的信号处理模块，节省了人力与成本；
(3)结合了超材料的红外探测器，附加热容低，能够实现多功能的红外探测器的单片集成，从而能够提升探测器的探测目标的能力。
进一步，步骤1中所述的未进行牺牲层释放的双层非制冷红外探测器的制备方法如下：
1)在包含读出电路半导体衬底上制作金属反射层，并对金属反射层进行图形化处理，图形化后的金属层形成若干个金属块；金属块与半导体衬底上的读出电路电连接；在完成图形化金属层上沉积绝缘介质层；
2)在所述的绝缘介质层上沉积第一牺牲层，并对第一牺牲层进行图形化处理，形成第一锚点孔和第二锚点孔，所述第一锚点孔和第二锚点孔的截面为梯形，然后在第一牺牲层上沉积第一支撑层，并对第一锚点孔和第二锚点孔内的第一支撑层进行光刻或蚀刻直至接触所述金属块，形成第一通孔和第二通孔；
3)在第一支撑层上沉积金属电极层，并对金属电极层进行图形化处理，形成金属电极和金属连线，然后在图形化处理后的金属电极层上沉积电极保护层，接着对电极保护层进行图形化处理，光刻或蚀刻电极保护层直至接触所述金属电极，形成第一接触孔和第二接触孔；
4)在图形化处理后的电极保护层上沉积热敏层，并对热敏层进行图形化处理，图形化处理后的热敏层只在桥面上，然后在图形化处理后的热敏层上沉积热敏保护层；
5)在热敏保护层上沉积第二牺牲层，并对第二牺牲层进行图形化处理，形成第三锚点孔和第四锚点孔，所述第三锚点孔和第四锚点孔的截面呈梯形结构，然后在第二牺牲层上依次沉积超材料支撑层和超材料支撑保护层。
附图说明
图1为本发明中第一通孔和第二通孔形成的状态示意图；
图2为本发明中未进行牺牲层释放的第一层悬空结构的剖面示意图；
图3为本发明实施例中未进行牺牲层释放的第一层悬空结构和第二层悬空结构剖面示意图；
图4为本发明中传感器的剖面结构示意图；
图5为本发明实施例1的超材料结构的示意图；
图6为本发明实施例1的红外吸收光谱图(横坐标为波长，纵坐标为吸收率)；
图7为本发明实施例2的超材料结构的示意图；
图8为本发明实施例3的红外吸收光谱图(横坐标为波长，纵坐标为吸收率)；
图9为本发明实施例3的超材料结构的示意图；
图10为本发明实施例4的超材料结构的示意图；
图11为本发明实施例5的红外吸收光谱图(横坐标为波长，纵坐标为吸收率)；
图12为本发明实施例5的超材料结构的示意图；
图13为本发明实施例6的超材料结构的示意图；
图14为本发明实施例7的超材料结构的示意图；
图15为本发明中实施例8的超材料结构的示意图；
在附图中，各标号所表示的部件名称列表如下：1、半导体衬底，2、金属反射层，2-1、金属块，3、绝缘介质层，4、第一层牺牲层，4-1、第一锚点孔，4-2、第二锚点孔，5、第一支撑层，4-1、第一通孔，4-2、第二通孔，6、金属电极层，6-1、金属连线，6-2、金属电极，7、电极保护层，8、热敏层，9、热敏保护层，10、第二层牺牲层，10-1、第三锚点孔，10-2、第四锚点孔，11、超材料支撑层，12、超材料支撑保护层，13、超材料结构，13-1、竖筋，13-2、横筋，13-3、矩形镂空，13-4、矩形中心板，13-5、薄带，13-6、矩形镂空，13-7、扁带，13-8、U字型弯折，13-9、十字型镂空结构，13-10、连接带，13-11、矩形框，13-12、竖直薄片。
具体实施方式
以下结合附图对本发明中一种基于超表面非制冷红外成像传感器的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
如图1-6所示，一种基于超表面的非制冷红外成像传感器,包括双层非制冷红外探测器，所述双层非制冷红外探测器包括包含读出电路的半导体衬底1和带微桥支撑结构的探测器本体，所述探测器本体包括第一层悬空结构和第二层悬空结构，所述第二层悬空结构设置在第一层悬空结构上，所述第一层悬空结构包括金属反射层2、绝缘介质层3、金属电极层6、电极保护层7、第一支撑层5、热敏保护层9和热敏层8，所述第二层悬空结构包括超材料支撑层11和设置在所述超材料支撑层11超材料支撑保护层12，在超材料支撑保护层12上设有超材料结构13，所述超材料结构13采用NiCr或/和Al，其厚度在12～30nm之间。
所述半导体衬底1上设有所述金属反射层2和绝缘介质层3，所述金属反射层2包括若干个金属块2-1；
所述绝缘介质层3上设有第一支撑层5，所述第一支撑层5上设有第一锚点孔4-1和第二锚点孔4-2，所述第一锚点孔4-1和第二锚点孔4-2的底部分别设有第一通孔5-1和第二通孔5-2，所述第一通孔5-1和第二通孔5-2分别终止于所述金属块2-1，所述第一支撑层5上、第一锚点孔4-1和第二锚点孔4-2内设有金属电极层6，所述金属电极层6包括设置在所述第一支撑层5上的金属电极6-2和设置在第一锚点孔4-1和第二锚点孔4-2内的金属连线6-1，所述金属电极层6上设有电极保护层7，所述电极保护层7上设有接触孔，所述接触孔终止于所述金属电极6-2，所述电极保护层7上设有所述热敏层8，所述热敏层8上设有所述热敏保护层9；
所述热敏保护层9上设有所述第二层悬空结构，所述超材料支撑层11上设有第三锚点孔10-1和第四锚点孔10-2，所述第三锚点孔10-1和第四锚点孔10-2的截面呈梯形，其下端接触所述热敏保护层9；
所述超材料结构13为矩形框体设置在所述矩形框体的中间部位的矩形中心板13-4，所述矩形框体和所述矩形中心板13-4之间设有纵横交错的横筋13-2和竖筋13-1，所述矩形框体、横筋13-2和竖筋13-1之间形成多个矩形镂空13-3，所述矩形框体的中间部位设有矩形中心板13-4，所述矩形中心板13-4的面积为相邻四个所述矩形镂空13-3及其之间的横筋和竖筋的面积和，所述矩形框体、横筋13-2和竖筋13-1的厚度为12nm，材料为NiCr。
实施例2
与实施1的不同之处在于，如图7所示，所述超材料结构13的外轮廓为矩形，中心处设有矩形镂空13-6，所述外轮廓设有水平中心线和竖直中心线，所述矩形镂空13-6和所述外轮廓之间设有来回弯折形成闭环结构的薄带13-5，所述薄带13-5形成的闭环结构分别关于所述水平中心线和所述竖直中心线对称，所述闭环结构的弯折处为直角弯折，所述薄带的材料为NiCr，厚度为20nm，宽度为0.5μm-5μm。
实施例3
与实施例1的不同之处在于，如图8-图9所示，所述超材料结构13包括由扁带13-7形成矩形轮廓，所述矩形轮廓的每条边的中心设有向内的U字型弯折13-8，所述扁带13-7的材料为NiCr，厚度为20nm，宽度为0.5μm-5μm。
实施例4
与实施例1的不同之处在于，如图10所示，所述超材料结构的外轮廓为矩形，中心处设有十字型镂空结构13-9，所述超材料结构13的材料为NiCr，厚度为20nm，十字型镂空结构13-9的缝隙宽度为0.5μm-5μm。
实施例5
与实施1的不同之处在于，如图11-图12所示，所述超材料结构13包括一对对称设置矩形框13-11，两矩形框13-11的相邻边上设有开口，在两个所述矩形框13-11中间设有连接带13-10，所述连接带13-10穿过所述开口与两个所述矩形框13-11的侧边垂直。
实施例6
与实施例1的不同之处在于，如图13所示，所述超材料结构13为凹字型结构，材料为Al,厚度为30nm。
实施例7
与实施例1的不同之处在于，如图14所示，所述超材料结构13包括呈矩阵排列的四个区域，分别为第一区域、第二区域、第三区域和第四区域，在四个区域内分别设有第一超材料结构、第二超材料结构、第三超材料结构和第四超材料结构，所述第一超材料结构和第三超材料结构的形状相同，所述第二超材料结构与所述第四超材料结构的形状相同；
所述第一、第三超材料结构包括矩形框体和矩形中心板13-4，所述矩形框体和矩形中心板13-4之间设有纵横交错的横筋13-2和竖筋13-1，所述矩形框体、横筋13-2和竖筋13-1之间形成多个矩形镂空13-3，所述矩形框体的中间部位设有矩形中心板13-4，所述矩形中心板13-4的面积为相邻四个所述矩形镂空13-3及其之间的横筋13-2和竖筋13-1的面积和，所述矩形框体、横筋13-2和竖筋13-1的厚度为12nm，材料为NiCr；
所述第二、第四超材料结构包括多个依次排列的竖直薄片13-12，所述竖直薄片13-12为Al,厚度为30nm。
实施例8
与实施例7的不同之处在于，如图15所示所述第一、第三超材料结构包括13-3和矩形中心板13-4，所述矩形框体和矩形中心板13-4之间设有纵横交错的横筋13-2和竖筋13-1，所述矩形框体、横筋13-2和竖筋13-1之间形成多个矩形镂空13-3，所述矩形框体的中间部位设有矩形中心板13-4，所述矩形中心板13-4的面积为相邻四个所述矩形镂空13-3及其之间的横筋13-2和竖筋13-1的面积和，所述矩形框体、横筋13-2和竖筋13-1的厚度为12nm，材料为NiCr；
所述第二、四超材料结构为凹字型结构，材料为Al，厚度为30nm。
本发明还涉及一种基于新型超表面非制冷红外成像传感器的制备方法，如图1-4所示，具体步骤如下：
步骤1.提供一未进行牺牲层释放的双层非制冷红外探测器，包括包含读出电路的半导体衬底1和带微桥支撑结构的探测器本体，所述探测器本体包括第一层悬空结构和第二层悬空结构，所述第一层悬空结构包括金属块2-1、绝缘介质层3、第一牺牲层4、金属电极层6、电极保护层7、第一支撑层5、热敏保护层9和热敏层8，所述第二层悬空结构包括第二牺牲层10、超材料支撑层11和设置在所述超材料支撑层11上的超材料支撑保护层12；
所述的未进行牺牲层释放的双层非制冷红外探测器的制备方法如下：
1)在包含读出电路半导体衬底1上制作金属反射层2，并对金属反射层2进行图形化处理，图形化后的金属层形成若干个金属块2-1；金属块2-1与半导体衬底1上的读出电路电连接；在完成图形化金属层上沉积绝缘介质层3；
2)在所述的绝缘介质层3上沉积第一牺牲层4，并对第一牺牲层4进行图形化处理，形成第一锚点孔4-1和第二锚点孔4-2，所述第一锚点孔4-1和第二锚点孔4-2的截面为梯形，然后在第一牺牲层4上沉积第一支撑层5，并对第一锚点孔4-1和第二锚点孔4-2内的第一支撑层5进行光刻或蚀刻直至接触所述金属块2-1，形成第一通孔5-1和第二通孔5-2，如图1所示；
3)在第一支撑层5上沉积金属电极层6，并对金属电极层6进行图形化处理，形成金属电极6-2和金属连线6-1，然后在图形化处理后的金属电极层6上沉积电极保护层7，接着对电极保护层7进行图形化处理，光刻或蚀刻电极保护层7直至接触所述金属电极6，形成第一接触孔和第二接触孔；
4)在图形化处理后的电极保护层7上沉积热敏层8，并对热敏层8进行图形化处理，图形化处理后的热敏层8只在桥面上，然后在图形化处理后的热敏层8上沉积热敏保护层9，如图2所示；
5)在热敏保护层9上沉积第二牺牲层10，并对第二牺牲层10进行图形化处理，形成第三锚点孔10-1和第四锚点孔10-2，所述第三锚点孔10-1和第四锚点孔10-2的截面呈梯形结构，然后在第二牺牲层10上依次沉积超材料支撑层11和超材料支撑保护层12如图3所示；
步骤2：在超材料支撑保护层上制备超材料结构，在超材料支撑保护层上制备超材料结构，首先，在超材料支撑保护层上沉积超材料层，然后，在超材料层的表面旋涂光刻胶，通过光刻蚀刻的方法，在超材料支撑保护层上得到超材料结构，所述超材料层为NiCr和/或Al,厚度在12～30nm之间，可以根据实际需要，定制设计结构形成不同的超材料结构，实现多种功能的吸收结构，例如宽波段、偏振、多色、窄谱等功能；
步骤3：结构释放，释放第一牺牲层和第二牺牲层10，形成基于超表面的非制冷红外成像传感器，如图4所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种基于超表面的非制冷红外成像传感器,其特征在于，包括双层非制冷红外探测器，所述双层非制冷红外探测器包括包含读出电路的半导体衬底和带微桥支撑结构的探测器本体，所述探测器本体包括第一层悬空结构和第二层悬空结构，所述第二层悬空结构设置在所述第一层悬空结构上，所述第一层悬空结构包括金属反射层、绝缘介质层、金属电极层、电极保护层、第一支撑层、热敏保护层和热敏层，所述第二层悬空结构包括超材料支撑层和设置在所述超材料支撑层上的超材料支撑保护层，在超材料支撑保护层上设有超材料结构；
所述超材料结构包括矩形框体和设置在所述矩形框体的中间部位的矩形中心板，所述矩形框体和所述矩形中心板之间设有纵横交错的横筋和竖筋，所述矩形框体、横筋和竖筋之间形成多个矩形镂空，所述矩形中心板的面积等于相邻四个矩形镂空及其之间的横筋和竖筋的面积和，所述矩形框体、横筋和竖筋的厚度为12nm，材料为NiCr；
所述半导体衬底上设有所述金属反射层和所述绝缘介质层，所述金属反射层包括若干个金属块；
所述绝缘介质层上设有所述第一支撑层，所述第一支撑层上设有第一锚点孔和第二锚点孔，所述第一锚点孔和第二锚点孔的底部分别设有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和第二通孔分别终止于所述金属块，所述第一支撑层上、第一锚点孔和第二锚点孔内设有金属电极层，所述金属电极层包括设置在所述第一支撑层上的金属电极和设置在第一锚点孔和第二锚点孔内的金属连线，所述金属电极层上设有电极保护层，所述电极保护层上设有接触孔，所述接触孔终止于所述金属电极，所述电极保护层上设有热敏层，所述热敏层上设有热敏保护层；
所述热敏保护层上设有所述第二层悬空结构，所述超材料支撑层上设有第三锚点孔和第四锚点孔，所述第三锚点孔和第四锚点孔的截面呈梯形，其下端接触所述热敏保护层。
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Denomination of invention: Uncooled infrared imaging sensor based on super surface and its preparation method Effective date of registration: 20211228 Granted publication date: 20190910 Pledgee: Yantai Branch of China Merchants Bank Co.,Ltd. Pledgor: YANTAI RAYTRON TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021980016546 |
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Denomination of invention: An uncooled infrared imaging sensor based on hypersurface and its preparation method Effective date of registration: 20230113 Granted publication date: 20190910 Pledgee: Yantai Branch of China Merchants Bank Co.,Ltd. Pledgor: YANTAI RAYTRON TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023980031039 |
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Granted publication date: 20190910 Pledgee: Yantai Branch of China Merchants Bank Co.,Ltd. Pledgor: YANTAI RAYTRON TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023980031039 |
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