CN108507685A - 一种石墨烯探测器及其制备方法 - Google Patents

一种石墨烯探测器及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯探测器及其制备方法，该探测器由下至上包括基底、金属反射层、微桥结构和超材料结构；微桥结构由下至上包括第一支撑层、热敏薄膜层、电极层和钝化层，热敏薄膜层通过电极层与金属反射层电连接；超材料结构包括第二支撑层、金属层、种子层和石墨烯薄膜层，第二支撑层设置于钝化层表面，第二支撑层上形成有金属层，金属层上形成有种子层，种子层表面生长形成石墨烯薄膜层。本发明的石墨烯探测器，采用CVD直接生长石墨烯作为探测器的超材料层，显著提高了探测器的光学吸收率和响应率，优化了器件性能，且制备工艺简单，避免了转移过程中对石墨烯薄膜的损伤。

Description

一种石墨烯探测器及其制备方法
技术领域
本发明属于半导体技术中的微机电系统(MEMS:Micro-electromechanicalSystems)工艺制造领域，尤其涉及一种石墨烯探测器及其制备方法。
背景技术
太赫兹(Terahertz)是指频率在0.1THz—10THz波段内的电磁波，其频率介于红外和毫米波之间。由于太赫兹辐射的能力比较低，而且多数非极性物质和常用介电材料对太赫兹波吸收较少，因此对物质有极强的穿透性，并且具有安全性高、定向性好和带宽高等技术特性，使其在材料科学、成像技术、生物医学，以及宽带通信、微波定向等许多领域有广泛的应用。太赫兹探测器主要包括热释电型、二极管型、高莱探测器以及微测辐射热计等，微测辐射热计由于其可阵列化，且与红外探测器工艺兼容等特性，成为目前研究的重点。
传统的具有微桥结构的太赫兹探测器由红外探测器发展而来的，相比于红外辐射，太赫兹辐射的波长较长，导致具有微桥结构的太赫兹探测器对太赫兹辐射的吸收较低，严重影响了太赫兹探测器的性能。
超材料是由几种材料组合在一起而形成的复合材料，是一种人工合成材料。超材料由亚波长周期性谐振单元构成，通过调整他们的几何形状，尺寸可以得到任意的介电常数和磁导率。因此，在太赫兹波段，通过合理的设计，基于超材料吸收结构的太赫兹探测器可以对太赫兹辐射产生良好的吸收，有效地弥补了传统红外测辐射热计在太赫兹波段吸收不佳的劣势。目前的超材料太赫兹器件多采用金、铜等高电导率材料，为了达到更低频率的吸收，甚至在超材料基础上还要加上较厚的谐振腔或者使用电导率较大的金作为超材料结构中的金属层，然而制作厚度达到几微米甚至几十微米的谐振腔，不仅增加了工艺难度，还有可能降低器件的可靠性；而选择电导率大的金则需要增加结构热容，降低了探测器对太赫兹的响应率。
综上所述，亟需一种高吸收率、高响应率且制备工艺简单的太赫兹探测器，以解决现有技术中的太赫兹探测器对太赫兹辐射的吸收率和响应率较低、制备工艺难度大的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种石墨烯探测器及其制备方法，本发明的石墨烯探测器，采用CVD直接生长石墨烯作为探测器的超材料层，解决了传统的微测辐射热计型太赫兹探测器对太赫兹辐射的吸收率和响应率较低的问题，优化了器件性能，且制备工艺简单，避免了转移过程中对石墨烯薄膜的损伤。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种能够探测太赫兹的石墨烯探测器，所述探测器至少包括基底，金属反射层，微桥结构，以及超材料结构；
所述金属反射层形成于所述基底上；
所述微桥结构设于所述金属反射层上，所述微桥结构包括第一支撑层、热敏薄膜层、电极层和钝化层；所述第一支撑层设置于所述金属反射层上方，所述第一支撑层的上表面形成有所述热敏薄膜层，所述热敏薄膜层上方形成有所述电极层，所述热敏薄膜层通过所述电极层与所述金属反射层电连接，所述电极层上形成有所述钝化层；
所述超材料结构设于所述微桥结构上，所述超材料结构包括第二支撑层、金属层、种子层和石墨烯薄膜层；所述第二支撑层支撑设置于所述钝化层表面，所述第二支撑层上形成有所述金属层，所述金属层上形成有所述种子层，所述种子层表面生长形成所述石墨烯薄膜层。
本发明的石墨烯探测器采用双层微桥结构，提高器件占空比，增加太赫兹辐射的有效吸收面积从而提高太赫兹辐射吸收率；第二层微桥位于第一层微桥的上方，其中第二层微桥结构上形成由第二支撑层、金属层、种子层和石墨烯薄膜层组成的超材料结构，超材料的尺寸和图形可以根据探测频率的需求进行调整，以适应不同频率的太赫兹辐射，通过改变探测器整体的尺寸和石墨烯超材料的结构，调整探测器在不同低频率窗口下的光学吸收率，无需增加谐振腔的厚度，制备工艺简单，且保证了石墨烯探测器的可靠性。
石墨烯具有高电导率、高热导率和低热容，本发明以石墨烯作为太赫兹探测器的超材料层，利用石墨烯的高电导率，在不增加吸收腔厚度的基础上显著提高探测器对太赫兹辐射的吸收率，降低了制备工艺难度，且能够沉积比金等传统金属材料更薄的薄膜，减小薄膜的应力不匹配并增强探测器的灵敏度和分辨率，缩小探测器的重量和尺寸，增加探测器的便携性；石墨烯的高热导率和低热容能够减小探测器的热容，优化探测器的响应时间，解决了传统的微测辐射热计型太赫兹探测器对太赫兹辐射的吸收率和响应率较低的问题，优化了器件性能。
具体地，所述超材料结构的俯视图形为中心对称的正方形，所述正方形表面设有多个间隔均匀分布的正方形孔，通过调整所述石墨烯探测器的像元尺寸、所述正方形孔的形状大小和所述正方形孔在所述正方形表面的分布，能够优化探测器在不同低频率窗口下的光学吸收率。
进一步地，所述石墨烯探测器的像元尺寸为8um～35um，所述超材料结构的俯视图形为中心对称的正方形，所述正方形的四角处设有倒角，所述正方形表面设有多个间隔均匀分布的第一正方形孔，所述正方形孔排列组成“回”字形结构，每一个所述第一正方形孔的边长为0.5um～3um，相邻两个所述第一正方形孔之间的直接间隔为0.5um～3um；或者，所述石墨烯探测器的像元尺寸为16um～70um，所述超材料结构的俯视图形为中心对称的正方形，所述正方形表面设有多个间隔均匀分布的第二正方形孔，所述第二正方形孔排列组成“回”字形结构。
优选地，所述超材料结构的俯视图形为中心对称的框型结构，通过调整所述框型结构的图形形状，能够优化所述石墨烯探测器在不同低频率窗口下的光学吸收率。
具体地，所述超材料结构的俯视图为以下三种中的任意一种：
a.所述超材料结构的俯视图为中心对称的四开口谐振环形，通过调整所述四开口谐振环的图形形状，能够优化所述石墨烯探测器在不同低频率窗口下的光学吸收率；
b.所述超材料结构的俯视图为多个同心闭合环，所述闭合环形状为方形或圆形；
c.所述超材料结构的俯视图为正方形框型结构，其正方形外框的一组对边的中点通过中心线相互连接，另一组对边的中点处均设有开口，所述开口的两端均向所述中心线方向延伸。
优选地，所述石墨烯探测器的像元尺寸为32um～140um，所述超材料结构的俯视图为以下三种中的任意一种：
a’.所述超材料结构的俯视图为中心对称的四开口谐振环形，所述四开口谐振环的外框为四边开口的正方形边框，所述正方向边框四边的中点处开口，所述正方形边框的四个角分别通过对角线连接；
b.所述超材料结构的俯视图为多个同心闭合环，所述闭合环形状为方形或圆形；
c.所述超材料结构的俯视图为正方形框型结构，其正方形外框的一组对边的中点通过中心线相互连接，另一组对边的中点处均设有开口，所述开口的两端均向所述中心线方向延伸。
进一步地，所述石墨烯探测器的像元尺寸为64um～280um，所述超材料结构的俯视图形为中心对称的四开口谐振环形，所述四开口谐振环的开口尺寸为0.5um～10um，所述四开口谐振环的图形形状为以下四种中的任意一种：
a’.所述四开口谐振环的外框为四边开口的正方形边框，所述正方向边框四边的中点处开口，所述正方形边框的四个角分别通过对角线连接；
d.所述四开口谐振环的外框为正方形边框，所述正方形边框内设有四个相同的等边梯形，四个所述等边梯形的顶边相对围成一个非闭合正方形，四个所述等边梯形的底边分别与相对的正方形边框连接；
e.所述四开口谐振环的外框为四角开口的正方形边框，所述正方形边框的两组对边分别通过中心线连接，构成“十”字形；
f.所述四开口谐振环的外框为四边开口的正方形边框，所述正方形边框内呈“卍”形结构。
具体地，所述热敏薄膜层和所述电极层之间形成有第一介质保护层，所述第一介质保护层覆盖所述第一支撑层和所述热敏薄膜层，所述石墨烯薄膜层上形成有图形化的第二介质保护层。
具体地，所述金属反射层上形成有绝缘介质层，所述第一支撑层向所述绝缘介质层方向自弯折形成第一支撑孔，所述第一支撑孔终止于所述绝缘介质层，所述第一支撑孔的底部设有子通孔，所述子通孔终止于所述金属反射层，所述第一支撑孔和所述子通孔内设有所述电极层，所述电极层与所述金属反射层电连接；
所述第一介质保护层上设有接触孔，所述接触孔位于所述热敏薄膜层的两端，所述接触孔内设有所述电极层，所述电极层与所述热敏薄膜层电连接，从而所述热敏薄膜层通过所述电极层与所述金属反射层电连接。
进一步地，所述第一支撑孔和所述子通孔内设有填充金属，所述填充金属位于所述电极层与所述钝化层之间。
优选地，所述第二支撑层向所述钝化层方向自弯折形成第二支撑孔，所述第二支撑孔终止于所述钝化层。
优选地，所述第一支撑层包括氧化硅薄膜层和氮化硅薄膜层，所述氧化硅薄膜层的厚度为所述氮化硅薄膜层的厚度为
优选地，所述热敏薄膜层的热敏材料为氧化钒、α-硅、氧化钛、氧化锰或氧化钴，所述热敏薄膜层的厚度为方阻为50KΩ/□～10MΩ/□。
优选地，所述第一介质保护层的材料为氮化硅或二氧化硅，所述第一介质保护层的厚度为
优选地，所述电极层的电极金属为TiN、Ti或NiCr，所述电极层的厚度为
优选地，所述填充金属为Al，所述钝化层的材质为氮化硅。利用金属Al作为填充金属，在所述第一支撑孔内壁形成U型填充结构，增强了所述第一支撑孔内壁的支撑厚度，增强了微桥结构的机械性能，稳定性提高。
优选地，所述第二支撑层的材质为氧化硅或氮化硅，所述金属层的金属材质为TiN、Ti或NiCr，所述种子层用于生长石墨烯，所述种子层的材质为Cu。
本发明的石墨烯探测器，应用范围包含但不限于太赫兹探测，所述石墨烯探测器所包含的双微桥结构及所述双微桥结构中的超材料结构也可应用于其他测辐射热仪中，如非制冷红外测辐射热仪和其他MEMS的超材料结构中，用于检测其他辐射源，应用范围广，兼容性好，实用性强。
本发明还提供了一种石墨烯探测器的制备方法，包括以下步骤：
步骤01：提供基底，在基底上沉积得到金属反射层；
步骤02：在所述基底表面形成第一牺牲层，在所述第一牺牲层上形成微桥结构，所述微桥结构包括第一支撑层、热敏薄膜层、电极层和钝化层；所述第一支撑层支撑设置于所述金属反射层上方，所述第一支撑层的上表面形成有所述热敏薄膜层，所述热敏薄膜层上形成有所述电极层，所述热敏薄膜层通过所述电极层与所述金属反射层电连接，所述电极层上形成有所述钝化层；
步骤03：在所述第一牺牲层和所述微桥结构顶面形成第二牺牲层，在所述第二牺牲层上形成超材料结构，所述超材料结构包括第二支撑层、金属层、种子层和石墨烯薄膜层；所述第二支撑层支撑设置于所述钝化层表面，所述第二支撑层上形成有所述金属层，所述金属层上形成有所述种子层，在所述种子层表面采用化学气相沉积法(CVD)生长石墨烯形成所述石墨烯薄膜层；
步骤04：释放所述第一牺牲层和所述第二牺牲层，形成所述石墨烯探测器的像元结构。
进一步地，本发明提供的上述石墨烯探测器的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤101：提供包含读出电路的基底，在所述基底上沉积得到金属反射层，在所述金属反射层上沉积得到绝缘介质层，所述绝缘介质层覆盖所述基底和所述金属反射层；
步骤102：在所述绝缘介质层上旋涂聚酰亚胺得到第一牺牲层，并利用光刻和蚀刻的方法在所述第一牺牲层上制作第一支撑孔，所述第一支撑孔的位置位于所述金属反射层的上方，第一支撑孔蚀刻终止于所述绝缘介质层；
步骤103：在所述第一牺牲层上依次沉积氧化硅薄膜和氮化硅薄膜得到第一支撑层，在所述氮化硅薄膜上沉积一层热敏材料得到热敏薄膜层，接着对所述热敏薄膜层使用光刻和蚀刻技术进行图形化处理，或者对所述热敏薄膜层使用Lift-off工艺进行图形化处理；
步骤104：在图形化后的所述热敏薄膜层上沉积得到第一介质保护层，所述第一介质保护层覆盖所述第一支撑层和所述热敏薄膜层；
步骤105：对所述第一支撑孔底部进行光刻和蚀刻，依次蚀刻所述第一介质保护层、所述第一支撑层和所述绝缘介质层，以金属反射层作为停止层，形成子通孔，暴露出所述金属反射层，所述第一支撑孔和所述通孔形成VIA孔；
步骤106：对所述第一介质保护层通过光刻和蚀刻的方法，蚀刻掉所述热敏薄膜层上方的部分所述第一介质保护层，漏出所述热敏薄膜层，形成接触孔；
步骤107：在形成接触孔的所述第一介质保护层上沉积电极金属得到电极层，在所述电极层上沉积金属Al得到填充金属层，依次对所述填充金属层和所述电极层使用光刻和蚀刻技术进行图形化处理，所述VIA孔内壁依次覆盖有所述电极层和所述填充金属层，所述接触孔内壁覆盖有所述电极层，所述电极层连接所述金属反射层和所述热敏薄膜层；
步骤108：在图形化后的所述电极层和所述沉积金属层上沉积得到钝化层，使用光刻和蚀刻技术对所述钝化层进行像元之间的图形化处理，把每个像元隔离开来，至此形成微桥结构；
步骤109：在所述第一牺牲层和图形化后的所述钝化层上旋涂聚酰亚胺得到第二牺牲层，并利用光刻和蚀刻的方法在所述第二牺牲层上制作第二支撑孔，所述第二支撑孔的位置位于所述热敏薄膜层的上方，所述第二支撑孔蚀刻终止于所述钝化层；
步骤110：在所述第二牺牲层上沉积氧化硅薄膜或氮化硅薄膜得到第二支撑层，在所述第二支撑层上沉积得到金属层，分别对所述第二支撑层和所述金属层进行图形化处理，接着在图形化后的所述金属层上形成用于生长石墨烯的种子层；
步骤111：在所述种子层上生长石墨烯得到石墨烯薄膜层，实现所述种子层的图形向所述石墨烯薄膜层转移的过程，接着在所述石墨烯薄膜层上沉积得到第二介质保护层，并对所述第二介质保护层进行图形化处理，至此形成设于所述微桥结构上的超材料结构；
步骤112：释放所述第一牺牲层和所述第二牺牲层，形成所述石墨烯探测器的像元结构。
优选地，步骤107中沉积形成电极层时，沉积方法为物理气相沉积法(PVD)、粒子束沉积法(IBD)和电子束蒸发沉积法中的任意一种。
优选地，步骤110中，在所述第二支撑层上沉积得到金属层，在所述金属层上采用电镀铜工艺形成用于生长石墨烯的Cu种子层，并使用Lift-off工艺对所述金属层和所述种子层进行图形化处理。
具体地，步骤111中，采用化学气相沉积法(CVD)在所述种子层上生长石墨烯，生长过程温度为300℃。
本发明中的第二支撑层、种子层、金属层和石墨烯薄膜层共同组成超材料结构，采用化学气相沉积法(CVD)在种子层直接生长石墨烯薄膜，与通过转移形成石墨烯薄膜的方法相比，避免了转移过程中对石墨烯薄膜的损伤，使石墨烯与CMOS传感器器件的集成成为可能，并且通过改变超材料结构的几何形状，优化超材料的结构，提升石墨烯探测器对低频率太赫兹辐射的吸收率，使探测器可以工作在频率为0.67THz，0.34THz等1THz以下的大气窗口，且与填充介质来提升低频率探测器吸收率的方式相比，制备工艺更加简单。本发明提供的石墨烯探测器的制备方法，采用双微桥结构，沉积两层牺牲层可以提高像元结构的有效填充因子及太赫兹吸收效率。
本发明提供的一种石墨烯探测器及其制备方法，具有如下有益效果：
1.本发明的石墨烯探测器，采用双层微桥结构，提高器件占空比，增加太赫兹辐射的有效吸收面积从而提高太赫兹辐射吸收率；其中第二层微桥结构上形成由第二支撑层、金属层、种子层和石墨烯薄膜层组成的超材料结构，通过改变探测器整体的尺寸和石墨烯超材料的结构，调整探测器在不同低频率窗口下的光学吸收率，无需增加谐振腔的厚度即可提高探测器对太赫兹辐射的吸收率，制备工艺简单，且保证了石墨烯探测器的可靠性。
2.本发明的石墨烯探测器，以石墨烯作为太赫兹探测器的超材料层，利用石墨烯的高电导率，能够沉积比金等传统金属材料更薄的薄膜，减小薄膜的应力不匹配并增强探测器的灵敏度和分辨率，缩小探测器的重量和尺寸，增加探测器的便携性；石墨烯的高热导率和低热容能够减小探测器的热容，优化探测器的响应时间，解决了传统的微测辐射热计型太赫兹探测器对太赫兹辐射的吸收率和响应率较低的问题，优化了器件性能。
3.本发明的石墨烯探测器，采用化学气相沉积法(CVD)在种子层上直接生长石墨烯薄膜，与通过转移形成石墨烯薄膜的方法相比，避免了转移过程中对石墨烯薄膜的损伤，使石墨烯与CMOS传感器器件的集成成为可能，并且通过改变超材料结构的几何形状，提升石墨烯探测器对低频率太赫兹辐射的吸收率，使探测器可以工作在频率为0.67THz，0.34THz等1THz以下的大气窗口，石墨烯探测器的性能得到提升，制备工艺更加简单。
4.本发明的石墨烯探测器，应用范围包含但不限于太赫兹探测，所述石墨烯探测器所包含的双微桥结构及所述双微桥结构中的超材料结构也可应用于其他测辐射热仪中，如非制冷红外测辐射热仪和其他MEMS的超材料结构中，用于检测其他辐射源，应用范围广，兼容性好，实用性强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1～图15为本发明的石墨烯探测器的制造工艺步骤结构示意图；
图16是本发明实施例一中的超材料结构的俯视形状示意图；
图17是本发明实施例一中的超材料结构的太赫兹辐射吸收曲线图；
图18是本发明实施例二中的超材料结构的俯视形状示意图；
图19是本发明实施例二中的超材料结构的太赫兹辐射吸收曲线图；
图20A至图20C是本发明实施例三中的超材料结构的俯视形状示意图；
图21是本发明实施例三中的超材料结构的太赫兹辐射吸收曲线图；
图22A至图22C是本发明实施例四中的超材料结构的俯视形状示意图；
图23是本发明实施例四中的超材料结构的太赫兹辐射吸收曲线图。
其中，图中附图标记对应为：1-基底，2-金属反射层，3-绝缘介质层，4-第一牺牲层，5-第一支撑孔，6-氧化硅薄膜层，7-氮化硅薄膜层，8-热敏薄膜层，9-第一介质保护层，10-子通孔，11-接触孔，12-电极层，13-填充金属层，14-钝化层，15-第二牺牲层，16-第二支撑孔，17-第二支撑层，18-金属层，19-种子层，20-石墨烯薄膜层，21-第二介质保护层。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明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作出创造性劳动的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。
实施例一：
如图15所示，本发明能够探测太赫兹的石墨烯探测器包括基底1、形成于所述基底1上的金属反射层2、形成于所述金属反射层2并覆盖所述基底1的绝缘介质层3、设于所述绝缘介质层3上的图形化的微桥结构和设于所述微桥结构上的超材料结构。所述金属反射层2为多段，多段所述金属反射层2间隔均匀分布在所述基底1上，所述微桥结构跨接在所述金属反射层2的上方。
所述微桥结构包括第一支撑层、热敏薄膜层8、第一介质保护层9、电极层12、填充金属层13和钝化层14；所述第一支撑层支撑设置于所述金属反射层2上方，所述第一支撑层向所述绝缘介质层3所在方向自弯折形成第一支撑孔5，所述第一支撑孔5终止于所述绝缘介质层3，所述第一支撑孔5的底部设有子通孔10，所述子通孔10终止于所述金属反射层2；所述第一支撑层的上表面形成有所述热敏薄膜层8，所述热敏薄膜层8上形成有所述第一介质保护层9，所述第一介质保护层9覆盖所述第一支撑层和所述热敏薄膜层8，所述第一介质保护层9上设有接触孔11，所述接触孔11位于所述热敏薄膜层8的两端，所述第一介质保护层9上设有所述电极层12，所述电极层12连续覆盖所述第一支撑孔5及所述子通孔10内壁、所述第一介质保护层9表面和所述接触孔11内壁，所述电极层12位于所述第一支撑孔5的一端与所述金属反射层2电连接，另一端与所述热敏薄膜层8电连接，从而所述热敏薄膜层8通过所述电极层12与所述金属反射层2电连接；所述电极层12上形成有所述钝化层14。
较佳地，所述第一支撑孔5和所述子通孔10内设有填充金属层13，所述填充金属层13位于所述电极层12与所述钝化层14之间。所述填充金属为Al，所述钝化层14的材质为氮化硅。利用金属Al作为填充金属，在所述第一支撑孔5内壁形成U型填充结构，增强了所述第一支撑孔5内壁的支撑厚度，增强了微桥结构的机械性能，稳定性提高。
较佳地，所述第一支撑层包括氧化硅薄膜层6和氮化硅薄膜层7，所述氧化硅薄膜层6的厚度为所述氮化硅薄膜层7的厚度为所述热敏薄膜层8的热敏材料为氧化钒、α-硅、氧化钛、氧化锰或氧化钴，热敏薄膜层8的厚度和方阻根据器件的性能决定，所述热敏薄膜层8的厚度一般为方阻为50KΩ/□～10MΩ/□。所述第一介质保护层9的材料为氮化硅或二氧化硅，所述第一介质保护层9的厚度为所述电极层12的电极金属为TiN、Ti或NiCr，所述电极层12的厚度为
所述超材料结构包括第二支撑层17、金属层18、种子层19、石墨烯薄膜层20和第二介质保护层21；所述第二支撑层17支撑设置于所述钝化层14表面，所述第二支撑层17向所述钝化层14方向自弯折形成第二支撑孔16，所述第二支撑孔16终止于所述钝化层14，所述第二支撑层17上形成有所述金属层18，所述金属层18上形成有所述种子层19，所述种子层19表面生长形成所述石墨烯薄膜层20，所述石墨烯薄膜层20上形成有图形化的第二介质保护层21。较佳地，所述第二支撑层17的材质为氧化硅或氮化硅，所述金属层18的金属材质为TiN、Ti或NiCr，所述种子层19用于生长石墨烯，所述种子层19的材质为Cu。
基于传统微测辐射热计的太赫兹探测器，由于探测波长与谐振腔长不匹配，因而光学吸收率更低。因此在用于太赫兹探测器时，想要提高光学吸收率和响应率，往往需要增加谐振腔的厚度或者使用电导率较大的金作为超材料结构中的金属层18。然而制作厚度达到几微米甚至几十微米的谐振腔，不仅增加了工艺难度，还有可能降低器件的可靠性；而选择电导率大的金则需要增加结构热容，降低了探测器对太赫兹辐射的响应率。
本发明的石墨烯探测器以传统的微测辐射热计为基础，采用双层微桥结构，提高器件占空比，增加太赫兹辐射的有效吸收面积从而提高太赫兹辐射吸收率；第二层微桥位于第一层微桥的上方，其中第二层微桥结构上形成由第二支撑层17、金属层18、种子层19和石墨烯薄膜层20组成的超材料结构，超材料的尺寸和图形可以根据探测频率的需求进行调整，以适应不同频率的太赫兹辐射，通过改变探测器整体的尺寸和石墨烯超材料的结构，调整探测器在不同低频率窗口下的光学吸收率，无需增加谐振腔的厚度，制备工艺简单，且保证了石墨烯探测器的可靠性。
石墨烯具有高电导率、高热导率和低热容，本发明以石墨烯作为太赫兹探测器的超材料层，利用石墨烯的高电导率，在不增加吸收腔厚度的基础上显著提高探测器对太赫兹辐射的吸收率，降低了制备工艺难度，且能够沉积比金等传统金属材料更薄的薄膜，减小薄膜的应力不匹配并增强探测器的灵敏度和分辨率，缩小探测器的重量和尺寸，增加探测器的便携性；石墨烯的高热导率和低热容能够减小探测器的热容，优化探测器的响应时间，解决了传统的微测辐射热计型太赫兹探测器对太赫兹辐射的吸收率和响应率较低的问题，优化了器件性能。
本发明的石墨烯探测器，应用范围包含但不限于太赫兹探测，所述石墨烯探测器所包含的双微桥结构及所述双微桥结构中的超材料结构也可应用于其他测辐射热仪中，如非制冷红外测辐射热仪和其他MEMS的超材料结构中，用于检测其他辐射源，应用范围广，兼容性好，实用性强。
本发明实施例还提供了一种石墨烯探测器的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤101：在ASIC电路上先沉积一层的四乙氧基硅烷，从而得到包含读出电路的基底1，在所述基底1上溅射沉积的Al得到金属反射层2，在所述金属反射层2上沉积的二氧化硅得到绝缘介质层3，所述绝缘介质层3覆盖所述基底1和所述金属反射层2，如图1所示；
步骤102：在所述绝缘介质层3上旋涂聚酰亚胺得到第一牺牲层4，并利用光刻和蚀刻的方法在所述第一牺牲层4上制作第一支撑孔5，所述第一支撑孔5的位置位于所述金属反射层2的上方，第一支撑孔5蚀刻终止于所述绝缘介质层3，如图2所示；
步骤103：在所述第一牺牲层4上依次沉积的氧化硅薄膜和氮化硅薄膜得到第一支撑层，在所述氮化硅薄膜上沉积一层热敏材料得到热敏薄膜层8，如图3所示，其中所述热敏薄膜层8的热敏材料为氧化钒、α-硅、氧化钛、氧化锰或氧化钴，热敏薄膜层8的厚度和方阻根据器件的性能决定，所述热敏薄膜层8的厚度一般为方阻为50KΩ/□～10MΩ/□；接着对所述热敏薄膜层8使用光刻和蚀刻技术进行图形化处理，或者对所述热敏薄膜层8使用Lift-off工艺进行图形化处理，如图4所示；
步骤104：在图形化后的所述热敏薄膜层8上沉积得到第一介质保护层9，所述第一介质保护层9覆盖所述第一支撑层和所述热敏薄膜层8，如图5所示，其中所述第一介质保护层9的材料为氮化硅或二氧化硅，厚度为
步骤105:对所述第一支撑孔5底部进行光刻和蚀刻，依次蚀刻所述第一介质保护层9、所述第一支撑层和所述绝缘介质层3，以所述金属反射层2作为停止层，形成子通孔10，暴露出所述金属反射层2，如图5所示，所述第一支撑孔5和所述通孔形成VIA孔；
步骤106：对所述第一介质保护层9通过光刻和蚀刻的方法，蚀刻掉所述热敏薄膜层8上方的部分所述第一介质保护层9，漏出所述热敏薄膜层8，形成接触孔11，如图6所示；
步骤107：在形成接触孔11的所述第一介质保护层9上沉积电极金属Ti得到电极层12，所述电极层12的厚度根据器件的性能尤其是热导决定，一般为接着在所述电极层12上沉积金属Al得到填充金属层13，如图7所示；依次对所述填充金属层13和所述电极层12使用光刻和蚀刻技术进行图形化处理，所述VIA孔内壁依次覆盖有所述电极层12和所述填充金属层13，所述接触孔11内壁覆盖有所述电极层12，所述电极层12连接所述金属反射层2和所述热敏薄膜层8，如图8所示；
步骤108：在图形化后的所述电极层12和所述沉积金属层18上沉积氮化硅得到钝化层14，使用光刻和蚀刻技术对所述钝化层14进行像元之间的图形化处理，把每个像元隔离开来，如图9所示；
步骤109：在所述第一牺牲层4和图形化后的所述钝化层14上旋涂聚酰亚胺得到第二牺牲层15，如图10所示；接着利用光刻和蚀刻的方法在所述第二牺牲层15上制作第二支撑孔16，所述第二支撑孔16的位置位于所述热敏薄膜层8的上方，所述第二支撑孔16蚀刻终止于所述钝化层14，如图11所示；
步骤110：在所述第二牺牲层15上沉积氧化硅薄膜或氮化硅薄膜得到第二支撑层17，在所述第二支撑层17上沉积金属Ti得到金属层18，分别对所述第二支撑层17和所述金属层18进行图形化处理，接着采用电镀铜工艺在图形化后的所述金属层18上形成用于生长石墨烯的Cu种子层19，如图12所示；
步骤111：采用化学气相沉积法(CVD)在所述种子层19上生长石墨烯得到石墨烯薄膜层20，生长过程温度为300℃，实现所述种子层19的图形向所述石墨烯薄膜层20转移的过程，如图13所示；接着在所述石墨烯薄膜层20上沉积氮化硅得到第二介质保护层21，并对所述第二介质保护层21进行图形化处理，如图14所示；
步骤112：释放所述第一牺牲层4和所述第二牺牲层15，形成所述石墨烯探测器的像元结构。
较佳地，步骤107中沉积形成电极层12时，沉积方法为物理气相沉积法(PVD)、粒子束沉积法(IBD)和电子束蒸发沉积法中的任意一种。步骤110中，在所述第二支撑层17上沉积得到金属层18，在所述金属层18上采用电镀铜工艺形成用于生长石墨烯的Cu种子层19后，也可以使用Lift-off工艺对所述金属层18和所述种子层19进行图形化处理。
较佳地，所述金属层18的沉积金属可以为Ti/TiN或NiCr。所述电极层12的电极金属可以为Ti/TiN、Ti或NiCr。
本发明中的第二支撑层17、种子层19、金属层18和石墨烯薄膜层20共同组成超材料结构，且选择在基于CMOS的器件中利用Cu种子层19，采用化学气相沉积法(CVD)在所述种子层19上直接生长石墨烯薄膜，与通过转移形成石墨烯薄膜的方法相比，避免了转移过程中对石墨烯薄膜的损伤，使石墨烯与CMOS传感器器件的集成成为可能，并且通过改变超材料结构的几何形状，优化超材料的结构，提升石墨烯探测器对低频率太赫兹辐射的吸收率，且与填充介质来提升低频率探测器吸收率的方式相比，制备工艺更加简单。本发明提供的石墨烯探测器的制备方法，采用双微桥结构，沉积两层牺牲层可以提高像元结构的有效填充因子及太赫兹吸收效率。
超材料结构的尺寸和图形形状可以根据探测频率的需求进行调整，与填充介质来提升低频率探测器吸收率的方式相比，制备工艺简单。所述超材料结构的俯视图形可以为中心对称的正方形，所述正方形表面设有多个间隔均匀分布的正方形孔，通过调整所述石墨烯探测器的像元尺寸、所述正方形孔的形状大小和所述正方形孔在所述正方形表面的分布，能够优化探测器在不同低频率窗口下的光学吸收率。较佳地，本实施例中，所述石墨烯探测器的像元尺寸为8um～35um，其超材料结构的俯视图如图16所示，所述超材料结构的俯视图形为中心对称的正方形，所述正方形的四角处设有倒角，所述正方形表面设有多个间隔均匀分布的第一正方形孔，所述正方形孔排列组成“回”字形结构，每一个所述第一正方形孔的边长为0.5um～3um，相邻两个所述第一正方形孔之间的直接间隔为0.5um～3um。如图17所示，采用该种超材料图形，可以在3.4THz时实现90％以上的吸收率。当然，不失一般性地，根据不同的探测频率，上述超材料结构的尺寸大小和图形形状还可以做其他调整。
实施例二：
本实施例的石墨烯探测器结构与实施例一基本相同，区别在于，本实施例的所述石墨烯探测器的像元尺寸为16um～70um，其超材料结构的俯视图如图18所示，所述超材料结构的俯视图形为中心对称的正方形，所述正方形表面设有多个间隔均匀分布的第二正方形孔，所述第二正方形孔排列组成“回”字形结构，且所述第二正方形孔的边长大小大于实施例一中的所述第一正方形孔的边长大小。如图19所示，采用该种超材料图形，可以在3THz～10THz范围内实现吸收率大于60％的宽谱。
本发明能够探测太赫兹的石墨烯探测器主要包括含有读出电路的基底1、金属反射层2、绝缘介质层3、微桥结构和超材料结构，如图15所示，所述金属反射层2形成于所述基底1上，所述绝缘介质层3形成于所述金属反射层2上并覆盖所述基底1，所述微桥结构设于所述绝缘介质层3上，所述超材料结构设于所述微桥结构上。其中，所述金属反射层2为多段，多段所述金属反射层2间隔均匀分布在所述基底1上，所述微桥结构跨接在所述金属反射层2的上方。
所述微桥结构包括第一支撑层、热敏薄膜层8、第一介质保护层9、电极层12、填充金属层13和钝化层14；所述第一支撑层支撑设置于所述金属反射层2上方，所述第一支撑层向所述绝缘介质层3所在方向自弯折形成第一支撑孔5，所述第一支撑孔5终止于所述绝缘介质层3，所述第一支撑孔5的底部设有子通孔10，所述子通孔10终止于所述金属反射层2；所述第一支撑层的上表面形成有所述热敏薄膜层8，所述热敏薄膜层8上形成有所述第一介质保护层9，所述第一介质保护层9覆盖所述第一支撑层和所述热敏薄膜层8，所述第一介质保护层9上设有接触孔11，所述接触孔11位于所述热敏薄膜层8的两端，所述第一介质保护层9上设有所述电极层12，所述电极层12连续覆盖所述第一支撑孔5及所述子通孔10内壁、所述第一介质保护层9表面和所述接触孔11内壁，所述电极层12位于所述第一支撑孔5的一端与所述金属反射层2电连接，另一端与所述热敏薄膜层8电连接，从而所述热敏薄膜层8通过所述电极层12与所述金属反射层2电连接；所述电极层12上形成有所述钝化层14。
所述第一支撑孔5和所述子通孔10内设有填充金属层13，所述填充金属层13位于所述电极层12与所述钝化层14之间。所述填充金属为Al，所述钝化层14的材质为氮化硅。利用金属Al作为填充金属，在所述第一支撑孔5内壁形成U型填充结构，增强了所述第一支撑孔5内壁的支撑厚度，增强了微桥结构的机械性能，稳定性提高。
较佳地，所述第一支撑层包括氧化硅薄膜层6和氮化硅薄膜层7，所述氧化硅薄膜层6的厚度为所述氮化硅薄膜层7的厚度为所述热敏薄膜层8的热敏材料为氧化钒、α-硅、氧化钛、氧化锰或氧化钴，热敏薄膜层8的厚度和方阻根据器件的性能决定，所述热敏薄膜层8的厚度一般为 方阻为50KΩ/□～10MΩ/□。所述第一介质保护层9的材料为二氧化硅，所述第一介质保护层9的厚度为所述电极层12的电极金属为NiCr，所述电极层12的厚度为
所述超材料结构包括第二支撑层17、金属层18、种子层19、石墨烯薄膜层20和第二介质保护层21；所述第二支撑层17支撑设置于所述钝化层14表面，所述第二支撑层17向所述钝化层14方向自弯折形成第二支撑孔16，所述第二支撑孔16终止于所述钝化层14，所述第二支撑层17上形成有所述金属层18，所述金属层18上形成有所述种子层19，所述种子层19表面生长形成所述石墨烯薄膜层20，所述石墨烯薄膜层20上形成有图形化的第二介质保护层21。较佳地，所述第二支撑层17的材质为氧化硅或氮化硅，所述金属层18的金属材质为Ti，所述种子层19用于生长石墨烯，所述种子层19的材质为Cu。
石墨烯具有高电导率、高热导率和低热容，本发明以石墨烯作为太赫兹探测器的超材料层，利用石墨烯的高电导率，在不增加吸收腔厚度的基础上显著提高探测器对太赫兹辐射的吸收率，降低了制备工艺难度，且能够沉积比金等传统金属材料更薄的薄膜，减小薄膜的应力不匹配并增强探测器的灵敏度和分辨率，缩小探测器的重量和尺寸，增加探测器的便携性；石墨烯的高热导率和低热容能够减小探测器的热容，优化探测器的响应时间，解决了传统的微测辐射热计型太赫兹探测器对太赫兹辐射的吸收率和响应率较低的问题，优化了器件性能。
本发明的石墨烯探测器，应用范围包含但不限于太赫兹探测，所述石墨烯探测器所包含的双微桥结构及所述双微桥结构中的超材料结构也可应用于其他测辐射热仪中，如非制冷红外测辐射热仪和其他MEMS的超材料结构中，用于检测其他辐射源，应用范围广，兼容性好，实用性强。
本实施例的石墨烯探测器的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤101：在ASIC电路上先沉积一层的四乙氧基硅烷，从而得到包含读出电路的基底1，在所述基底1上溅射沉积的Al得到金属反射层2，在所述金属反射层2上沉积的二氧化硅得到绝缘介质层3，所述绝缘介质层3覆盖所述基底1和所述金属反射层2，如图1所示；
步骤102：在所述绝缘介质层3上旋涂聚酰亚胺得到第一牺牲层4，并利用光刻和蚀刻的方法在所述第一牺牲层4上制作第一支撑孔5，所述第一支撑孔5的位置位于所述金属反射层2的上方，第一支撑孔5蚀刻终止于所述绝缘介质层3，如图2所示；
步骤103：在所述第一牺牲层4上依次沉积的氧化硅薄膜和的氮化硅薄膜得到第一支撑层，在所述氮化硅薄膜上沉积一层热敏材料得到热敏薄膜层8，如图3所示，其中所述热敏薄膜层8的热敏材料为氧化钛、氧化锰或氧化钴，热敏薄膜层8的厚度和方阻根据器件的性能决定，所述热敏薄膜层8的厚度一般为方阻为50KΩ/□～10MΩ/□；接着对所述热敏薄膜层8使用光刻和蚀刻技术进行图形化处理，或者对所述热敏薄膜层8使用Lift-off工艺进行图形化处理，如图4所示；
步骤104：在图形化后的所述热敏薄膜层8上沉积得到第一介质保护层9，所述第一介质保护层9覆盖所述第一支撑层和所述热敏薄膜层8，如图5所示，其中所述第一介质保护层9的材料为二氧化硅，厚度为
步骤105:对所述第一支撑孔5底部进行光刻和蚀刻，依次蚀刻所述第一介质保护层9、所述第一支撑层和所述绝缘介质层3，以所述金属反射层2作为停止层，形成子通孔10，暴露出所述金属反射层2，如图5所示，所述第一支撑孔5和所述通孔形成VIA孔；
步骤106：对所述第一介质保护层9通过光刻和蚀刻的方法，蚀刻掉所述热敏薄膜层8上方的部分所述第一介质保护层9，漏出所述热敏薄膜层8，形成接触孔11，如图6所示；
步骤107：在形成接触孔11的所述第一介质保护层9上采用物理气相沉积法(PVD)沉积电极金属Ti得到电极层12，所述电极层12的厚度根据器件的性能尤其是热导决定，一般为接着在所述电极层12上沉积金属Al得到填充金属层13，如图7所示；依次对所述填充金属层13和所述电极层12使用光刻和蚀刻技术进行图形化处理，所述VIA孔内壁依次覆盖有所述电极层12和所述填充金属层13，所述接触孔11内壁覆盖有所述电极层12，所述电极层12连接所述金属反射层2和所述热敏薄膜层8，如图8所示；
步骤108：在图形化后的所述电极层12和所述沉积金属层18上沉积氮化硅得到钝化层14，使用光刻和蚀刻技术对所述钝化层14进行像元之间的图形化处理，把每个像元隔离开来，如图9所示；
步骤109：在所述第一牺牲层4和图形化后的所述钝化层14上旋涂聚酰亚胺得到第二牺牲层15，如图10所示；接着利用光刻和蚀刻的方法在所述第二牺牲层15上制作第二支撑孔16，所述第二支撑孔16的位置位于所述热敏薄膜层8的上方，所述第二支撑孔16蚀刻终止于所述钝化层14，如图11所示；
步骤110：在所述第二牺牲层15上沉积氧化硅薄膜或氮化硅薄膜得到第二支撑层17，在所述第二支撑层17上沉积金属Ti得到金属层18，接着采用电镀铜工艺在所述金属层18上形成用于生长石墨烯的Cu种子层19，使用Lift-off工艺对所述金属层18和所述种子层19进行图形化处理，如图12所示；
步骤111：采用化学气相沉积法(CVD)在所述种子层19上生长石墨烯得到石墨烯薄膜层20，生长过程温度为300℃，实现所述种子层19的图形向所述石墨烯薄膜层20转移的过程，如图13所示；接着在所述石墨烯薄膜层20上沉积氮化硅得到第二介质保护层21，并对所述第二介质保护层21进行图形化处理，如图14所示；
步骤112：释放所述第一牺牲层4和所述第二牺牲层15，形成所述石墨烯探测器的像元结构。
较佳地，所述金属层18的沉积金属可以为Ti/TiN或NiCr。所述电极层12的电极金属可以为Ti/TiN、Ti或NiCr。
本发明中的第二支撑层17、种子层19、金属层18和石墨烯薄膜层20共同组成超材料结构，且选择在基于CMOS的器件中利用Cu种子层19，采用化学气相沉积法(CVD)在所述种子层19上直接生长石墨烯薄膜，与通过转移形成石墨烯薄膜的方法相比，避免了转移过程中对石墨烯薄膜的损伤，使石墨烯与CMOS传感器器件的集成成为可能，并且通过改变超材料结构的几何形状，优化超材料的结构，提升石墨烯探测器对低频率太赫兹辐射的吸收率，且与填充介质来提升低频率探测器吸收率的方式相比，制备工艺更加简单。本发明提供的石墨烯探测器的制备方法，采用双微桥结构，沉积两层牺牲层可以提高像元结构的有效填充因子及太赫兹吸收效率。
实施例三：
本实施例的石墨烯探测器结构与实施例一基本相同，区别在于，本实施例的石墨烯探测器的像元尺寸为32um～140um，其超材料结构的俯视图包括以下三种：
a’.如图20A所示，所述超材料结构的俯视图为中心对称的四开口谐振环形，所述四开口谐振环的外框为四边开口的正方形边框，所述正方向边框四边的中点处开口，所述正方形边框的四个角分别通过对角线连接；
b.如图20B所示，所述超材料结构的俯视图为多个同心闭合环，所述闭合环形状为方形或圆形；
c.如图20C所示，所述超材料结构的俯视图为正方形框型结构，其正方形外框的一组对边的中点通过中心线相互连接，另一组对边的中点处均设有开口，所述开口的两端均向所述中心线方向延伸。
采用上述超材料图形，可以在0.67THz时达到80％的吸收率，如图21所示。当然，不失一般性地，根据不同的探测频率，上述超材料结构的尺寸大小和图形形状还可以做其他调整。
本实施例的石墨烯探测器的结构如图15所示，所述探测器包括基底1、形成于所述基底1上的金属反射层2、形成于所述金属反射层2并覆盖所述基底1的绝缘介质层3、设于所述绝缘介质层3上的图形化的微桥结构和设于所述微桥结构上的超材料结构。所述金属反射层2为多段，多段所述金属反射层2间隔均匀分布在所述基底1上，所述微桥结构跨接在所述金属反射层2的上方。
所述微桥结构包括第一支撑层、热敏薄膜层8、第一介质保护层9、电极层12、填充金属层13和钝化层14；所述第一支撑层支撑设置于所述金属反射层2上方，所述第一支撑层向所述绝缘介质层3所在方向自弯折形成第一支撑孔5，所述第一支撑孔5终止于所述绝缘介质层3，所述第一支撑孔5的底部设有子通孔10，所述子通孔10终止于所述金属反射层2；所述第一支撑层的上表面形成有所述热敏薄膜层8，所述热敏薄膜层8上形成有所述第一介质保护层9，所述第一介质保护层9覆盖所述第一支撑层和所述热敏薄膜层8，所述第一介质保护层9上设有接触孔11，所述接触孔11位于所述热敏薄膜层8的两端，所述第一介质保护层9上设有所述电极层12，所述电极层12连续覆盖所述第一支撑孔5及所述子通孔10内壁、所述第一介质保护层9表面和所述接触孔11内壁，所述电极层12位于所述第一支撑孔5的一端与所述金属反射层2电连接，另一端与所述热敏薄膜层8电连接，从而所述热敏薄膜层8通过所述电极层12与所述金属反射层2电连接；所述电极层12上形成有所述钝化层14。
较佳地，所述第一支撑孔5和所述子通孔10内设有填充金属层13，所述填充金属层13位于所述电极层12与所述钝化层14之间。所述填充金属为Al，所述钝化层14的材质为氮化硅。利用金属Al作为填充金属，在所述第一支撑孔5内壁形成U型填充结构，增强了所述第一支撑孔5内壁的支撑厚度，增强了微桥结构的机械性能，稳定性提高。
较佳地，所述第一支撑层包括氧化硅薄膜层6和氮化硅薄膜层7，所述氧化硅薄膜层6的厚度为所述氮化硅薄膜层7的厚度为所述热敏薄膜层8的热敏材料为氧化钒、α-硅、氧化钛、氧化锰或氧化钴，热敏薄膜层8的厚度和方阻根据器件的性能决定，所述热敏薄膜层8的厚度一般为 方阻为50KΩ/□～10MΩ/□。所述第一介质保护层9的材料为氮化硅或二氧化硅，所述第一介质保护层9的厚度为所述电极层12的电极金属为Ti/TiN，所述电极层12的厚度为
所述超材料结构包括第二支撑层17、金属层18、种子层19、石墨烯薄膜层20和第二介质保护层21；所述第二支撑层17支撑设置于所述钝化层14表面，所述第二支撑层17向所述钝化层14方向自弯折形成第二支撑孔16，所述第二支撑孔16终止于所述钝化层14，所述第二支撑层17上形成有所述金属层18，所述金属层18上形成有所述种子层19，所述种子层19表面生长形成所述石墨烯薄膜层20，所述石墨烯薄膜层20上形成有图形化的第二介质保护层21。较佳地，所述第二支撑层17的材质为氧化硅或氮化硅，所述金属层18的金属材质为TiN，所述种子层19用于生长石墨烯，所述种子层19的材质为Cu。
本发明的石墨烯探测器以传统的微测辐射热计为基础，采用双层微桥结构，提高器件占空比，增加太赫兹辐射的有效吸收面积从而提高太赫兹辐射吸收率；第二层微桥位于第一层微桥的上方，其中第二层微桥结构上形成由第二支撑层17、金属层18、种子层19和石墨烯薄膜层20组成的超材料结构，超材料的尺寸和图形可以根据探测频率的需求进行调整，以适应不同频率的太赫兹辐射，通过改变探测器整体的尺寸和石墨烯超材料的结构，调整探测器在不同低频率窗口下的光学吸收率，无需增加谐振腔的厚度，制备工艺简单，且保证了石墨烯探测器的可靠性。
石墨烯具有高电导率、高热导率和低热容，本发明以石墨烯作为太赫兹探测器的超材料层，利用石墨烯的高电导率，在不增加吸收腔厚度的基础上显著提高探测器对太赫兹辐射的吸收率，降低了制备工艺难度，且能够沉积比金等传统金属材料更薄的薄膜，减小薄膜的应力不匹配并增强探测器的灵敏度和分辨率，缩小探测器的重量和尺寸，增加探测器的便携性；石墨烯的高热导率和低热容能够减小探测器的热容，优化探测器的响应时间，解决了传统的微测辐射热计型太赫兹探测器对太赫兹辐射的吸收率和响应率较低的问题，优化了器件性能。
本发明的石墨烯探测器，应用范围包含但不限于太赫兹探测，所述石墨烯探测器所包含的双微桥结构及所述双微桥结构中的超材料结构也可应用于其他测辐射热仪中，如非制冷红外测辐射热仪和其他MEMS的超材料结构中，用于检测其他辐射源，应用范围广，兼容性好，实用性强。
本实施例的石墨烯探测器的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤101：在ASIC电路上先沉积一层的四乙氧基硅烷，从而得到包含读出电路的基底1，在所述基底1上溅射沉积的Al得到金属反射层2，在所述金属反射层2上沉积的二氧化硅得到绝缘介质层3，所述绝缘介质层3覆盖所述基底1和所述金属反射层2，如图1所示；
步骤102：在所述绝缘介质层3上旋涂聚酰亚胺得到第一牺牲层4，并利用光刻和蚀刻的方法在所述第一牺牲层4上制作第一支撑孔5，所述第一支撑孔5的位置位于所述金属反射层2的上方，第一支撑孔5蚀刻终止于所述绝缘介质层3，如图2所示；
步骤103：在所述第一牺牲层4上依次沉积的氧化硅薄膜和的氮化硅薄膜得到第一支撑层，在所述氮化硅薄膜上沉积一层热敏材料得到热敏薄膜层8，如图3所示，其中所述热敏薄膜层8的热敏材料为氧化钒、α-硅、氧化钛、氧化锰或氧化钴，热敏薄膜层8的厚度和方阻根据器件的性能决定，所述热敏薄膜层8的厚度一般为方阻为50KΩ/□～10MΩ/□；接着对所述热敏薄膜层8使用光刻和蚀刻技术进行图形化处理，或者对所述热敏薄膜层8使用Lift-off工艺进行图形化处理，如图4所示；
步骤104：在图形化后的所述热敏薄膜层8上沉积得到第一介质保护层9，所述第一介质保护层9覆盖所述第一支撑层和所述热敏薄膜层8，如图5所示，其中所述第一介质保护层9的材料为氮化硅或二氧化硅，厚度为
步骤105:对所述第一支撑孔5底部进行光刻和蚀刻，依次蚀刻所述第一介质保护层9、所述第一支撑层和所述绝缘介质层3，以所述金属反射层2作为停止层，形成子通孔10，暴露出所述金属反射层2，如图5所示，所述第一支撑孔5和所述通孔形成VIA孔；
步骤106：对所述第一介质保护层9通过光刻和蚀刻的方法，蚀刻掉所述热敏薄膜层8上方的部分所述第一介质保护层9，漏出所述热敏薄膜层8，形成接触孔11，如图6所示；
步骤107：在形成接触孔11的所述第一介质保护层9上沉积电极金属Ti得到电极层12，所述电极层12的厚度根据器件的性能尤其是热导决定，一般为接着在所述电极层12上沉积金属Al得到填充金属层13，如图7所示；依次对所述填充金属层13和所述电极层12使用光刻和蚀刻技术进行图形化处理，所述VIA孔内壁依次覆盖有所述电极层12和所述填充金属层13，所述接触孔11内壁覆盖有所述电极层12，所述电极层12连接所述金属反射层2和所述热敏薄膜层8，如图8所示；
步骤108：在图形化后的所述电极层12和所述沉积金属层18上沉积氮化硅得到钝化层14，使用光刻和蚀刻技术对所述钝化层14进行像元之间的图形化处理，把每个像元隔离开来，如图9所示；
步骤109：在所述第一牺牲层4和图形化后的所述钝化层14上旋涂聚酰亚胺得到第二牺牲层15，如图10所示；接着利用光刻和蚀刻的方法在所述第二牺牲层15上制作第二支撑孔16，所述第二支撑孔16的位置位于所述热敏薄膜层8的上方，所述第二支撑孔16蚀刻终止于所述钝化层14，如图11所示；
步骤110：在所述第二牺牲层15上沉积氧化硅薄膜或氮化硅薄膜得到第二支撑层17，在所述第二支撑层17上沉积金属Ti得到金属层18，分别对所述第二支撑层17和所述金属层18进行图形化处理，接着采用电镀铜工艺在图形化后的所述金属层18上形成用于生长石墨烯的Cu种子层19，如图12所示；
步骤111：采用化学气相沉积法(CVD)在所述种子层19上生长石墨烯得到石墨烯薄膜层20，生长过程温度为300℃，实现所述种子层19的图形向所述石墨烯薄膜层20转移的过程，如图13所示；接着在所述石墨烯薄膜层20上沉积氮化硅得到第二介质保护层21，并对所述第二介质保护层21进行图形化处理，如图14所示；
步骤112：释放所述第一牺牲层4和所述第二牺牲层15，形成所述石墨烯探测器的像元结构。
较佳地，步骤107中沉积形成电极层12时，沉积方法为物理气相沉积法(PVD)、粒子束沉积法(IBD)和电子束蒸发沉积法中的任意一种。步骤110中，在所述第二支撑层17上沉积得到金属层18，在所述金属层18上采用电镀铜工艺形成用于生长石墨烯的Cu种子层19后，也可以使用Lift-off工艺对所述金属层18和所述种子层19进行图形化处理。
较佳地，所述金属层18的沉积金属可以为Ti/TiN或NiCr。所述电极层12的电极金属可以为Ti/TiN、Ti或NiCr。
实施例四：
本实施例的石墨烯探测器结构与实施例一基本相同，区别在于，所述超材料结构的俯视图形为中心对称的四开口谐振环形，通过调整所述四开口谐振环的图形形状，能够优化所述石墨烯探测器在不同低频率窗口下的光学吸收率。
较佳地，本实施例的石墨烯探测器的像元尺寸为64um～280um，其超材料结构的俯视图包括以下三种：
d.如图22A所示，所述四开口谐振环的外框为正方形边框，所述正方形边框内设有四个相同的等边梯形，四个所述等边梯形的顶边相对围成一个非闭合正方形，四个所述等边梯形的底边分别与相对的正方形边框连接；
e.如图22B所示，所述四开口谐振环的外框为四角开口的正方形边框，所述正方形边框的两组对边分别通过中心线连接，构成“十”字形；
f.如图22C所示，所述四开口谐振环的外框为四边开口的正方形边框，所述正方形边框内呈“卍”形结构；
采用上述超材料图形，可以在0.34THz时达到60％的吸收率，如图23所示。
另外，当所述石墨烯探测器的像元尺寸为32um～140um时，如图20A所示，所述超材料结构的俯视图也为中心对称的四开口谐振环形，所述四开口谐振环的外框为四边开口的正方形边框，所述正方向边框四边的中点处开口，所述正方形边框的四个角分别通过对角线连接。当然，不失一般性地，根据不同的探测频率，上述超材料结构的尺寸大小和图形形状还可以做其他调整。
如图15所示，本实施例的石墨烯探测器包括基底1、形成于所述基底1上的金属反射层2、形成于所述金属反射层2并覆盖所述基底1的绝缘介质层3、设于所述绝缘介质层3上的图形化的微桥结构和设于所述微桥结构上的超材料结构。所述金属反射层2为多段，多段所述金属反射层2间隔均匀分布在所述基底1上，所述微桥结构跨接在所述金属反射层2的上方。
所述微桥结构包括第一支撑层、热敏薄膜层8、第一介质保护层9、电极层12、填充金属层13和钝化层14；所述第一支撑层支撑设置于所述金属反射层2上方，所述第一支撑层向所述绝缘介质层3所在方向自弯折形成第一支撑孔5，所述第一支撑孔5终止于所述绝缘介质层3，所述第一支撑孔5的底部设有子通孔10，所述子通孔10终止于所述金属反射层2；所述第一支撑层的上表面形成有所述热敏薄膜层8，所述热敏薄膜层8上形成有所述第一介质保护层9，所述第一介质保护层9覆盖所述第一支撑层和所述热敏薄膜层8，所述第一介质保护层9上设有接触孔11，所述接触孔11位于所述热敏薄膜层8的两端，所述第一介质保护层9上设有所述电极层12，所述电极层12连续覆盖所述第一支撑孔5及所述子通孔10内壁、所述第一介质保护层9表面和所述接触孔11内壁，所述电极层12位于所述第一支撑孔5的一端与所述金属反射层2电连接，另一端与所述热敏薄膜层8电连接，从而所述热敏薄膜层8通过所述电极层12与所述金属反射层2电连接；所述电极层12上形成有所述钝化层14。
较佳地，所述第一支撑孔5和所述子通孔10内设有填充金属层13，所述填充金属层13位于所述电极层12与所述钝化层14之间。所述填充金属为Al，所述钝化层14的材质为氮化硅。利用金属Al作为填充金属，在所述第一支撑孔5内壁形成U型填充结构，增强了所述第一支撑孔5内壁的支撑厚度，增强了微桥结构的机械性能，稳定性提高。
较佳地，所述第一支撑层包括氧化硅薄膜层6和氮化硅薄膜层7，所述氧化硅薄膜层6的厚度为所述氮化硅薄膜层7的厚度为所述热敏薄膜层8的热敏材料为氧化钒、α-硅、氧化钛、氧化锰或氧化钴，热敏薄膜层8的厚度和方阻根据器件的性能决定，所述热敏薄膜层8的厚度一般为 方阻为50KΩ/□～10MΩ/□。所述第一介质保护层9的材料为氮化硅或二氧化硅，所述第一介质保护层9的厚度为所述电极层12的电极金属为TiN、Ti或NiCr，所述电极层12的厚度为
所述超材料结构包括第二支撑层17、金属层18、种子层19、石墨烯薄膜层20和第二介质保护层21；所述第二支撑层17支撑设置于所述钝化层14表面，所述第二支撑层17向所述钝化层14方向自弯折形成第二支撑孔16，所述第二支撑孔16终止于所述钝化层14，所述第二支撑层17上形成有所述金属层18，所述金属层18上形成有所述种子层19，所述种子层19表面生长形成所述石墨烯薄膜层20，所述石墨烯薄膜层20上形成有图形化的第二介质保护层21。较佳地，所述第二支撑层17的材质为氧化硅或氮化硅，所述金属层18的金属材质为TiN、Ti或NiCr，所述种子层19用于生长石墨烯，所述种子层19的材质为Cu。
基于传统微测辐射热计的太赫兹探测器，由于探测波长与谐振腔长不匹配，因而光学吸收率更低。因此在用于太赫兹探测器时，想要提高光学吸收率和响应率，往往需要增加谐振腔的厚度或者使用电导率较大的金作为超材料结构中的金属层18。然而制作厚度达到几微米甚至几十微米的谐振腔，不仅增加了工艺难度，还有可能降低器件的可靠性；而选择电导率大的金则需要增加结构热容，降低了探测器对太赫兹辐射的响应率。
石墨烯具有高电导率、高热导率和低热容，本发明以石墨烯作为太赫兹探测器的超材料层，利用石墨烯的高电导率，在不增加吸收腔厚度的基础上显著提高探测器对太赫兹辐射的吸收率，降低了制备工艺难度，且能够沉积比金等传统金属材料更薄的薄膜，减小薄膜的应力不匹配并增强探测器的灵敏度和分辨率，缩小探测器的重量和尺寸，增加探测器的便携性；石墨烯的高热导率和低热容能够减小探测器的热容，优化探测器的响应时间，解决了传统的微测辐射热计型太赫兹探测器对太赫兹辐射的吸收率和响应率较低的问题，优化了器件性能。
本发明的石墨烯探测器，应用范围包含但不限于太赫兹探测，所述石墨烯探测器所包含的双微桥结构及所述双微桥结构中的超材料结构也可应用于其他测辐射热仪中，如非制冷红外测辐射热仪和其他MEMS的超材料结构中，用于检测其他辐射源，应用范围广，兼容性好，实用性强。
本发明实施例还提供了一种石墨烯探测器的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤101：在ASIC电路上先沉积一层的四乙氧基硅烷，从而得到包含读出电路的基底1，在所述基底1上溅射沉积的Al得到金属反射层2，在所述金属反射层2上沉积的二氧化硅得到绝缘介质层3，所述绝缘介质层3覆盖所述基底1和所述金属反射层2，如图1所示；
步骤102：在所述绝缘介质层3上旋涂聚酰亚胺得到第一牺牲层4，并利用光刻和蚀刻的方法在所述第一牺牲层4上制作第一支撑孔5，所述第一支撑孔5的位置位于所述金属反射层2的上方，第一支撑孔5蚀刻终止于所述绝缘介质层3，如图2所示；
步骤103：在所述第一牺牲层4上依次沉积的氧化硅薄膜和氮化硅薄膜得到第一支撑层，在所述氮化硅薄膜上沉积一层热敏材料得到热敏薄膜层8，如图3所示，其中所述热敏薄膜层8的热敏材料为氧化钒、α-硅、氧化钛、氧化锰或氧化钴，热敏薄膜层8的厚度和方阻根据器件的性能决定，所述热敏薄膜层8的厚度一般为方阻为50KΩ/□～10MΩ/□；接着对所述热敏薄膜层8使用光刻和蚀刻技术进行图形化处理，或者对所述热敏薄膜层8使用Lift-off工艺进行图形化处理，如图4所示；
步骤104：在图形化后的所述热敏薄膜层8上沉积得到第一介质保护层9，所述第一介质保护层9覆盖所述第一支撑层和所述热敏薄膜层8，如图5所示，其中所述第一介质保护层9的材料为氮化硅或二氧化硅，厚度为
步骤105:对所述第一支撑孔5底部进行光刻和蚀刻，依次蚀刻所述第一介质保护层9、所述第一支撑层和所述绝缘介质层3，以所述金属反射层2作为停止层，形成子通孔10，暴露出所述金属反射层2，如图5所示，所述第一支撑孔5和所述通孔形成VIA孔；
步骤106：对所述第一介质保护层9通过光刻和蚀刻的方法，蚀刻掉所述热敏薄膜层8上方的部分所述第一介质保护层9，漏出所述热敏薄膜层8，形成接触孔11，如图6所示；
步骤107：在形成接触孔11的所述第一介质保护层9上沉积电极金属Ti得到电极层12，所述电极层12的厚度根据器件的性能尤其是热导决定，一般为接着在所述电极层12上沉积金属Al得到填充金属层13，如图7所示；依次对所述填充金属层13和所述电极层12使用光刻和蚀刻技术进行图形化处理，所述VIA孔内壁依次覆盖有所述电极层12和所述填充金属层13，所述接触孔11内壁覆盖有所述电极层12，所述电极层12连接所述金属反射层2和所述热敏薄膜层8，如图8所示；
步骤108：在图形化后的所述电极层12和所述沉积金属层18上沉积氮化硅得到钝化层14，使用光刻和蚀刻技术对所述钝化层14进行像元之间的图形化处理，把每个像元隔离开来，如图9所示；
步骤109：在所述第一牺牲层4和图形化后的所述钝化层14上旋涂聚酰亚胺得到第二牺牲层15，如图10所示；接着利用光刻和蚀刻的方法在所述第二牺牲层15上制作第二支撑孔16，所述第二支撑孔16的位置位于所述热敏薄膜层8的上方，所述第二支撑孔16蚀刻终止于所述钝化层14，如图11所示；
步骤110：在所述第二牺牲层15上沉积氧化硅薄膜或氮化硅薄膜得到第二支撑层17，在所述第二支撑层17上沉积金属Ti得到金属层18，分别对所述第二支撑层17和所述金属层18进行图形化处理，接着采用电镀铜工艺在图形化后的所述金属层18上形成用于生长石墨烯的Cu种子层19，如图12所示；
步骤111：采用化学气相沉积法(CVD)在所述种子层19上生长石墨烯得到石墨烯薄膜层20，生长过程温度为300℃，实现所述种子层19的图形向所述石墨烯薄膜层20转移的过程，如图13所示；接着在所述石墨烯薄膜层20上沉积氮化硅得到第二介质保护层21，并对所述第二介质保护层21进行图形化处理，如图14所示；
步骤112：释放所述第一牺牲层4和所述第二牺牲层15，形成所述石墨烯探测器的像元结构。
较佳地，所述金属层18的沉积金属可以为Ti/TiN或NiCr。所述电极层12的电极金属可以为Ti/TiN、Ti或NiCr。
较佳地，步骤107中沉积形成电极层12时，沉积方法为物理气相沉积法(PVD)、粒子束沉积法(IBD)和电子束蒸发沉积法中的任意一种。步骤110中，在所述第二支撑层17上沉积得到金属层18，在所述金属层18上采用电镀铜工艺形成用于生长石墨烯的Cu种子层19后，也可以使用Lift-off工艺对所述金属层18和所述种子层19进行图形化处理。
本实施例中的第二支撑层17、种子层19、金属层18和石墨烯薄膜层20共同组成超材料结构，且选择在基于CMOS的器件中利用Cu种子层19，采用化学气相沉积法(CVD)在所述种子层19上直接生长石墨烯薄膜，与通过转移形成石墨烯薄膜的方法相比，避免了转移过程中对石墨烯薄膜的损伤，使石墨烯与CMOS传感器器件的集成成为可能，并且通过改变超材料结构的几何形状，优化超材料的结构，提升石墨烯探测器对低频率太赫兹辐射的吸收率，且与填充介质来提升低频率探测器吸收率的方式相比，制备工艺更加简单。本发明提供的石墨烯探测器的制备方法，采用双微桥结构，沉积两层牺牲层可以提高像元结构的有效填充因子及太赫兹吸收效率。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种石墨烯探测器，其特征在于，所述探测器至少包括：
基底(1)，金属反射层(2)，微桥结构，以及超材料结构；
所述金属反射层(2)形成于所述基底(1)上；
所述微桥结构设于所述金属反射层(2)上，所述微桥结构包括第一支撑层、热敏薄膜层(8)、电极层(12)和钝化层(14)；所述第一支撑层设置于所述金属反射层(2)上方，所述第一支撑层的上表面形成有所述热敏薄膜层(8)，所述热敏薄膜层(8)上方形成有所述电极层(12)，所述热敏薄膜层(8)通过所述电极层(12)与所述金属反射层(2)电连接，所述电极层(12)上形成有所述钝化层(14)；
所述超材料结构设于所述微桥结构上，所述超材料结构包括第二支撑层(17)、金属层(18)、种子层(19)和石墨烯薄膜层(20)；所述第二支撑层(17)设置于所述钝化层(14)表面，所述第二支撑层(17)上形成有所述金属层(18)，所述金属层(18)上形成有所述种子层(19)，所述种子层(19)表面生长形成所述石墨烯薄膜层(20)。
2.根据权利要求1所述的石墨烯探测器，其特征在于，所述超材料结构的俯视图形为中心对称的正方形，所述正方形表面设有多个间隔均匀分布的正方形孔，通过调整所述石墨烯探测器的像元尺寸、所述正方形孔的形状大小和所述正方形孔在所述正方形表面的分布，能够优化探测器在不同低频率窗口下的光学吸收率。
3.根据权利要求2所述的石墨烯探测器，其特征在于，
所述超材料结构的俯视图形为中心对称的正方形，所述正方形的四角处设有倒角，所述正方形表面设有多个间隔均匀分布的第一正方形孔，所述正方形孔排列组成“回”字形结构。
4.根据权利要求1所述的石墨烯探测器，其特征在于，所述超材料结构的俯视图形为中心对称的框型结构，通过调整所述框型结构的图形形状，能够优化所述石墨烯探测器在不同低频率窗口下的光学吸收率。
5.根据权利要求4所述的石墨烯探测器，其特征在于，所述超材料结构的俯视图为以下三种中的任意一种：
a.所述超材料结构的俯视图为中心对称的四开口谐振环形，通过调整所述四开口谐振环的图形形状，能够优化所述石墨烯探测器在不同低频率窗口下的光学吸收率；
b.所述超材料结构的俯视图为多个同心闭合环，所述闭合环形状为方形或圆形；
c.所述超材料结构的俯视图为正方形框型结构，其正方形外框的一组对边的中点通过中心线相互连接，另一组对边的中点处均设有开口，所述开口的两端均向所述中心线方向延伸。
6.根据权利要求5所述的石墨烯探测器，其特征在于，
所述超材料结构的俯视图形为中心对称的四开口谐振环形，所述四开口谐振环的图形形状为以下四种中的任意一种：
a’.所述四开口谐振环的外框为四边开口的正方形边框，所述正方向边框四边的中点处开口，所述正方形边框的四个角分别通过对角线连接；
d.所述四开口谐振环的外框为正方形边框，所述正方形边框内设有四个相同的等边梯形，四个所述等边梯形的顶边相对围成一个非闭合正方形，四个所述等边梯形的底边分别与相对的正方形边框连接；
e.所述四开口谐振环的外框为四角开口的正方形边框，所述正方形边框的两组对边分别通过中心线连接，构成“十”字形；
f.所述四开口谐振环的外框为四边开口的正方形边框，所述正方形边框内呈“卍”形结构。
7.根据权利要求1所述的石墨烯探测器，其特征在于，所述第二支撑层(17)的材质为氧化硅或氮化硅，所述金属层(18)的金属材质为TiN、Ti或NiCr，所述种子层(19)用于生长石墨烯，所述种子层(19)的材质为Cu。
8.一种石墨烯探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤01：提供基底(1)，在基底(1)上沉积得到金属反射层(2)；
步骤02：在所述基底(1)表面形成第一牺牲层(4)，在所述第一牺牲层(4)上形成微桥结构，所述微桥结构包括第一支撑层、热敏薄膜层(8)、电极层(12)和钝化层(14)；所述第一支撑层支撑设置于所述金属反射层(2)上方，所述第一支撑层的上表面形成有所述热敏薄膜层(8)，所述热敏薄膜层(8)上形成有所述电极层(12)，所述热敏薄膜层(8)通过所述电极层(12)与所述金属反射层(2)电连接，所述电极层(12)上形成有所述钝化层(14)；
步骤03：在所述第一牺牲层(4)和所述微桥结构顶面形成第二牺牲层(15)，在所述第二牺牲层(15)上形成超材料结构，所述超材料结构包括第二支撑层(17)、金属层(18)、种子层(19)和石墨烯薄膜层(20)；所述第二支撑层(17)支撑设置于所述钝化层(14)表面，所述第二支撑层(17)上形成有所述金属层(18)，所述金属层(18)上形成有所述种子层(19)，在所述种子层(19)表面采用化学气相沉积法(CVD)生长石墨烯形成所述石墨烯薄膜层(20)；
步骤04：释放所述第一牺牲层(4)和所述第二牺牲层(15)，形成所述石墨烯探测器的像元结构。
9.根据权利要求8所述的石墨烯探测器的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤101：提供包含读出电路的基底(1)，在所述基底(1)上沉积得到金属反射层(2)，在所述金属反射层(2)上沉积得到绝缘介质层(3)，所述绝缘介质层(3)覆盖所述基底(1)和所述金属反射层(2)；
步骤102：在所述绝缘介质层(3)上旋涂聚酰亚胺得到第一牺牲层(4)，并利用光刻和蚀刻的方法在所述第一牺牲层(4)上制作第一支撑孔(5)，所述第一支撑孔(5)的位置位于所述金属反射层(2)的上方，第一支撑孔(5)蚀刻终止于所述绝缘介质层(3)；
步骤103：在所述第一牺牲层(4)上依次沉积氧化硅薄膜和氮化硅薄膜得到第一支撑层，在所述氮化硅薄膜上沉积一层热敏材料得到热敏薄膜层(8)，接着对所述热敏薄膜层(8)使用光刻和蚀刻技术进行图形化处理，或者对所述热敏薄膜层(8)使用Lift-off工艺进行图形化处理；
步骤104：在图形化后的所述热敏薄膜层(8)上沉积得到第一介质保护层(9)，所述第一介质保护层(9)覆盖所述第一支撑层和所述热敏薄膜层(8)；
步骤105：对所述第一支撑孔(5)底部进行光刻和蚀刻，依次蚀刻所述第一介质保护层(9)、所述第一支撑层和所述绝缘介质层(3)，以金属反射层(2)作为停止层，形成子通孔(10)，暴露出所述金属反射层(2)，所述第一支撑孔(5)和所述通孔形成VIA孔；
步骤106：对所述第一介质保护层(9)通过光刻和蚀刻的方法，蚀刻掉所述热敏薄膜层(8)上方的部分所述第一介质保护层(9)，漏出所述热敏薄膜层(8)，形成接触孔(11)；
步骤107：在形成接触孔(11)的所述第一介质保护层(9)上沉积电极金属得到电极层(12)，在所述电极层(12)上沉积金属Al得到填充金属层(13)，依次对所述填充金属层(13)和所述电极层(12)使用光刻和蚀刻技术进行图形化处理，所述VIA孔内壁依次覆盖有所述电极层(12)和所述填充金属层(13)，所述接触孔(11)内壁覆盖有所述电极层(12)，所述电极层(12)连接所述金属反射层(2)和所述热敏薄膜层(8)；
步骤108：在图形化后的所述电极层(12)和所述沉积金属层(18)上沉积得到钝化层(14)，使用光刻和蚀刻技术对所述钝化层(14)进行像元之间的图形化处理，把每个像元隔离开来，至此形成微桥结构；
步骤109：在所述第一牺牲层(4)和图形化后的所述钝化层(14)上旋涂聚酰亚胺得到第二牺牲层(15)，并利用光刻和蚀刻的方法在所述第二牺牲层(15)上制作第二支撑孔(16)，所述第二支撑孔(16)的位置位于所述热敏薄膜层(8)的上方，所述第二支撑孔(16)蚀刻终止于所述钝化层(14)；
步骤110：在所述第二牺牲层(15)上沉积氧化硅薄膜或氮化硅薄膜得到第二支撑层(17)，在所述第二支撑层(17)上沉积得到金属层(18)，分别对所述第二支撑层(17)和所述金属层(18)进行图形化处理，接着在图形化后的所述金属层(18)上形成用于生长石墨烯的种子层(19)；
步骤111：在所述种子层(19)上采用化学气相沉积法(CVD)生长石墨烯得到石墨烯薄膜层(20)，生长过程温度为300℃，接着在所述石墨烯薄膜层(20)上沉积得到第二介质保护层(21)，并对所述第二介质保护层(21)进行图形化处理，至此形成设于所述微桥结构上的超材料结构；
步骤112：释放所述第一牺牲层(4)和所述第二牺牲层(15)，形成所述石墨烯探测器的像元结构。
10.根据权利要求9所述的石墨烯探测器的制备方法，其特征在于，步骤110中，在所述第二支撑层(17)上沉积得到金属层(18)，在所述金属层(18)上采用电镀铜工艺形成用于生长石墨烯的Cu种子层(19)，并使用Lift-off工艺对所述金属层(18)和所述种子层(19)进行图形化处理。
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