CN111864046B - 一种热释电红外探测器的制备方法及热释电红外探测器 - Google Patents
一种热释电红外探测器的制备方法及热释电红外探测器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111864046B CN111864046B CN202010603835.1A CN202010603835A CN111864046B CN 111864046 B CN111864046 B CN 111864046B CN 202010603835 A CN202010603835 A CN 202010603835A CN 111864046 B CN111864046 B CN 111864046B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pyroelectric
- substrate
- electrode
- bonding
- infrared detector
- 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.)
- Active
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 166
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 30
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims description 18
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 17
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 13
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims description 10
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 6
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- -1 helium ion Chemical class 0.000 claims description 6
- 150000002500 ions Chemical group 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 4
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 claims description 3
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 3
- GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N hydron Chemical compound [H+] GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims description 3
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 3
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 3
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 11
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 10
- 230000007704 transition Effects 0.000 abstract description 9
- 239000010408 film Substances 0.000 description 27
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 15
- WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 5-methyl-pyrazole-3-carboxylic acid Chemical compound CC1=CC(C(O)=O)=NN1 WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 8
- 230000009471 action Effects 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005457 Black-body radiation Effects 0.000 description 1
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910012463 LiTaO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000011895 specific detection Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N15/00—Thermoelectric devices without a junction of dissimilar materials; Thermomagnetic devices, e.g. using the Nernst-Ettingshausen effect
- H10N15/10—Thermoelectric devices using thermal change of the dielectric constant, e.g. working above and below the Curie point
-
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
- H01L21/6835—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using temporarily an auxiliary support
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/544—Marks applied to semiconductor devices or parts, e.g. registration marks, alignment structures, wafer maps
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
本申请提供一种热释电红外探测器的制备方法，包括：提供热释电衬底和支撑衬底；对热释电衬底进行第一预处理，在热释电衬底内构造损伤层，在热释电衬底表面形成第一电极；对支撑衬底进行第二预处理，在支撑衬底上形成锚点；将热释电衬底和支撑衬底进行键合，形成第一电极分别位于对应的锚点内的键合整体；将热释电衬底自损伤层处剥离，保留位于支撑衬底上的热释电薄膜；在热释电薄膜上沉积第二金属层并图形化处理形成第二电极；对形成有第二电极的键合整体进行封装处理，得到热释电红外探测器；本申请提供的制备方法简单，无需增加临时键合过渡层等材料；且热释电衬底与支撑衬底之间键合连接稳固；并且还能够提高热释电红外探测器的响应率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件制备领域，特别涉及一种热释电红外探测器的制备方法及热释电红外探测器。
背景技术
非制冷是目前红外探测器发展的主流趋势，其中热探测器是非制冷探测技术发展的主体方向，热释电探测器又是热探测器中非常重要的一种器件。
热释电探测器的研究过程中，对于热释电材料的研究尤为突出，相比于其他热释电材料，热释电晶体(LiTaO3)介电损耗小，制成的器件具有较大的探测率。是目前热释电器件的发展主流。热释电探测器与其他探测器相比具有光谱响应宽、价格低、体积小、重量轻、室温探测等优点。近年来在军事、民用、环保、医疗等领域有着广阔的应用前景。因此，制备高性能的热释电探测器对我国国家安全及国民经济都具有着重要的意义。依据热释电红外探测器的电压响应率及比探测率原理分析可知，热释电探测器性能与热释电敏感元的厚度成反比，所以制备高性能热释电探测器必须减薄晶片厚度。
现有技术中，通常利用离子束剥离技术，此技术制备出的热释电敏感元具有厚度较低，均匀可控，晶片质量良好等优点。但是由于热释电敏感元与支撑衬底直接相连，导致敏感元因吸收红外辐射而得到的温度变化会很快通过热传导的方式进入支撑衬底，极大地限制了热释电红外探测器的响应率。
针对现有技术存在的上述缺陷，本申请旨在提供一种热释电红外探测器的制备方法及热释电红外探测器，不仅制备工艺简单，并且敏感元与衬底之间热传递极低乃至没有热传递，能够提高热释电红外探测器的性能。
发明内容
针对现有技术的上述问题，本发明的目的在于提供一种热释电红外探测器的制备方法，包括：
提供热释电衬底和支撑衬底；
对所述热释电衬底进行第一预处理，在所述热释电衬底内构造损伤层，以及在所述热释电衬底的表面形成第一电极；
对所述支撑衬底进行第二预处理，在所述支撑衬底上形成与所述第一电极一一对应的锚点；
将所述热释电衬底和所述支撑衬底进行键合，形成键合整体，所述键合整体中各所述第一电极分别位于与之对应的所述锚点内；
将所述键合整体中的所述热释电衬底自所述损伤层处剥离，将保留在所述支撑衬底上的热释电衬底部分作为热释电薄膜；
在所述热释电薄膜上沉积第二金属层，并对所述第二金属层进行图形化处理形成第二电极；
对形成有所述第二电极的所述键合整体进行封装处理，得到热释电红外探测器。
进一步地，所述第一预处理包括：自所述热释电衬底的一侧向所述热释电衬底的另一侧进行离子注入，使得注入的离子在所述热释电衬底内形成损伤层；在所述热释电衬底的一侧沉积第一金属层，并对所述第一金属层进行图形化处理形成第一电极；
所述第二预处理包括：在所述支撑衬底的表面进行刻蚀和图形化处理，以形成与所述第一电极一一对应的锚点，所述锚点的尺寸大于所述第一金属电极的尺寸，所述锚点的深度大于所述第一金属电极的高度。
具体地，所述离子注入的离子为氢离子、氦离子、氖离子或氢氦共注，所述离子注入的能量所述离子注入的温度在50℃-150℃之间，所述离子注入的能量在1keV-2000keV之间，所述离子注入的剂量在1×1016ions/cm2-1.5×1017ions/cm2之间，所述损伤层到所述第一电极之间的距离在0.5μm-50μm范围内。
具体地，所述将所述热释电衬底和所述支撑衬底进行键合，形成键合整体，包括：
将所述热释电衬底和所述支撑衬底在第一条件下进行第一键合，形成初步键合整体；
对所述初步键合整体在第二条件下进行第二键合，使得所述热释电衬底和所述支撑衬底完全键合形成所述键合整体。
优选地，所述第一条件为包括：环境为真空度小于10mbar的真空环境，温度为处于20℃-30℃范围内的第一温度；所述第二条件包括：环境为真空度小于10mbar的真空环境，温度为处于40℃-250℃范围内的第二温度。
进一步地，所述将所述键合整体中的所述热释电衬底自所述损伤层处剥离，包括：
对所述键合整体在第三条件下进行升温处理，所述第三条件包括：环境为真空度小于10mbar的真空环境，温度为处于50℃-300℃范围内的第三温度；
将所述键合整体中的所述热释电衬底自所述损伤层处剥离。
优选地，所述在所述热释电薄膜上沉积第二金属层之前，还包括：
对形成有所述热释电薄膜的的键合整体在第四条件下进行后退火处理；
和/或对所述热释电薄膜远离所述支撑衬底的一侧进行表面粗糙度处理。
进一步地，所述第四条件的环境为氮气、氧气、富Li气氛、真空或氩气的气氛环境，所述后退火的时间为1h-2h，所述后退火的温度在300℃-600℃范围内；
所述表面粗糙度处理包括化学机械抛光、化学腐蚀及低能离子辐照中的至少一种。
更进一步地，所述在所述热释电薄膜上沉积第二金属层，并对所述第二金属层进行图形化处理形成第二电极之后，还包括：
在所述第二电极表面制备红外吸收层；和/或，
在所述第二电极远离所述第一电极的一侧设置菲涅耳透镜。
本发明另一方面保护一种采用如上述技术方案制得得到的热释电红外探测器。
由于上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
1)本发明提供的一种热释电红外探测器的制备方法利用热释电材料在高温下产生电荷的特性，促使热释电衬底和支撑衬底在热释电电荷和感应电荷二者间的库仑力，以及热释电衬底表面和支撑衬底表面间的范德华力的共同作用下实现键合连接，键合力强，形成的键合整体连接稳固。
2)本发明提供的一种热释电红外探测器的制备方法，无需增加临时键合过渡层或涂敷绝缘胶层，由于临时键合过渡层或涂敷绝缘胶层通常均匀性和平整度均较差且耐受温度较低，因此不仅避免了过渡层或绝缘胶层对探测器造成污染；还提高探测器产品良率；除此之外还突破了由于过渡层或涂敷绝缘胶层耐受温度较低对后退火等工艺的限制。
3)本发明提供的一种热释电红外探测器的制备方法，锚点的尺寸大于第一电极的尺寸，有利于提高器件的容错率，便于在键合工序中将第一电极与锚点对准操作；除此之外，第一电极与支撑衬底之间完全隔离且相互间的传热环境为真空，故热辐射极低乃至没有，有利于将因吸收红外辐射能量造成的温度变化局限在热释电薄膜中，从而在热释电薄膜的上下表面受热产生的电荷可以分别通过第二电极和第一电极产生灵敏的电信号，提高热释电红外探测器的响应率。
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的介绍。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是本发明实施例提供的一种热释电红外探测器的制备方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种热释电红外探测器的制备方法其各步骤对应的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种热释电红外探测器的结构示意图；
图4(a)是现有技术中热释电红外探测器的热分布仿真示意图；图4(b)是本发明实施例提供的一种热释电红外探测器的热分布仿真示意图。
图中：10-支撑衬底，11-锚点，20-热释电薄膜，30-第一电极，40-第二电极。
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。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
实施例
结合图1至图3，本实施例提供一种热释电红外探测器的制备方法，包括以下步骤：
S100：提供热释电衬底和支撑衬底；
如图2(a)所示，所述热释电衬底采用钽酸锂材料制得，例如：Z切钽酸锂；如图2(e)所示，所述支撑衬底为硅、氧化硅、蓝宝石、金刚石、氮化铝、氮化镓或碳化硅中的一种或多种的组合。所述支撑衬底的厚底以使其具有足够的支撑强度。
需要说明的是，本说明书实施例中的所述热释电材料和所述支撑衬底，均先采用超声清洁，清洁去除其表面脏污后，在烘箱中进行烘干处理。
S200：对所述热释电衬底进行第一预处理，在所述热释电衬底内构造损伤层，以及在所述热释电衬底的表面形成第一电极；
所述热释电衬底包括相对设置的第一表面和第二表面，则所述第一预处理包括：S210：自所述热释电衬底的第一表面向所述热释电衬底的第二表面进行离子注入，使得注入的离子在所述热释电衬底内形成损伤层；即如图2(b)所示，所述损伤层靠近所述第一表面；
所述离子注入的离子为氢离子、氦离子、氖离子或氢氦共注，所述离子注入的能量所述离子注入的温度在50℃-150℃之间，所述离子注入的能量在1keV-2000keV之间，所述离子注入的剂量在1×1016ions/cm2-1.5×1017ions/cm2之间，所述损伤层到所述第一电极之间的距离在0.5μm-50μm范围内，即所述损伤层到所述热释电衬底第一表面的距离在0.5μm-50μm范围内。
以及，S220：在所述热释电衬底的第一表面沉积第一金属层，并对所述第一金属层进行图形化处理形成第一电极，对第一金属层进行的图形化处理的终点为所述热释电薄膜的第一表面。从而如图2(c)至图2(d)所示，进行有第一金属层沉积和图形化处理后的所述热释电衬底，在相邻的两个第一电极之间，热释电衬底的第一表面裸露。
所述第一金属层为Ti、Au、Ag、Al、Cu等的一种或其组合，并且在第一金属层沉积完成后，可对第一金属层远离所述热释电衬底第一表面的一侧进行表面处理，以使得通过图形化处理后的各第一电极高度相等且高度恰当。优选地，所述第一电极的厚度10nm-500nm的范围内。
需要说明的是，本说明书实施例优选地先进行离子注入，待离子注入完成后，再进行第一金属层的沉积。
S300：对所述支撑衬底进行第二预处理，在所述支撑衬底上形成与所述第一电极一一对应的锚点；
所述支撑衬底包括相对设置的第三表面和第四表面，则所述第二预处理包括：对所述支撑衬底的第三表面进行平坦化处理，使得经平坦化处理后的所述支撑衬底的第三表面的表面粗糙度小于1nm；
以及如图2(f)所示，在所述支撑衬底的第三表面进行刻蚀和图形化处理，以形成与所述第一电极一一对应的锚点。
需要说明的是，本说明书中，所述锚点与所述第一电极一一对应是指：所述第一电极的数量与所述锚点的数量相等，所述第一电极的排布方式与所述锚点的排布方式相同，以使得每个所述第一电极均有一个所述锚点与之对应。并且，本说明书实施例中，所述锚点的尺寸大于所述第一电极的尺寸，具体地，所述锚点的深度大于所述第一电极的高度，所述锚点横截面的尺寸大于所述第一电极横截面的尺寸。所述锚点的尺寸大于所述第一电极的尺寸，有利于提高器件的容错率，便于在后续键合工序中将第一电极与锚点对准操作。
另外，步骤S200和步骤S300的制备顺序可以互换，步骤S200和步骤S300也可以同时进行。
如图2(g)所示，所述方法还包括S400：将所述热释电衬底和所述支撑衬底进行键合，形成键合整体，所述键合整体中各所述第一电极分别位于与之对应的所述锚点内；
本说明书实施例中，步骤S400包括：
S410：将所述热释电衬底和所述支撑衬底在第一条件下进行第一键合，形成初步键合整体；所述第一条件为包括：环境为真空度小于10mbar的真空环境，温度为处于20℃-30℃范围内的第一温度。
由于所述热释电衬底的第一表面和所述支撑衬底的第三表面均极为光滑，因此热释电衬底的第一表面和支撑衬底的第三表面在范德华力的作用下相互吸附。在此吸附力的作用下，所述热释电衬底与所述支撑衬底初步键合形成初步键合整体。
由于在S410中制得的初步键合整体其键合力较弱，热释电衬底与支撑衬底连接不够稳固，因此还进行有步骤S420：对所述初步键合整体在第二条件下进行第二键合，使得所述热释电衬底和所述支撑衬底完全键合形成所述键合整体；所述第二条件包括：环境为真空度小于10mbar的真空环境，温度为处于40℃-250℃范围内的第二温度。
由于所述热释电材料由钽酸锂制得，且所述第二温度并未大于钽酸锂的居里温度，因此钽酸锂材料热释电并在其表面集聚大量电子，而这些聚集的电子使得在支撑衬底的表面出现感应电荷。从而钽酸锂衬底和支撑衬底受电荷间库仑力的作用，实现完全键合以形成所述键合整体。此时，热释电衬底第一表面与所述支撑衬底第三表面之间既有范德华力作用，又有感应电荷的库伦力作用，键合力加强，钽酸锂衬底和支撑衬底连接紧密。
需要说明的是，自所述第一条件的第一温度升温至所述第二温度时，升温速率应当保持在0.5℃/min-10℃/min的范围内，以防止升温时的热应力较大，出现键合界面分离的现象。
本说明书实施例通过键合形成的所述键合整体，其中所述第一电极分别位于与之对应的所述锚点内，且所述第一电极远离所述热释电衬底第一表面的一侧与所述锚点的底壁之间保持有间隙，第一电极的侧壁与所述锚点的侧壁之间同样也保持有间隙；第一电极与所述锚点之间环境为真空环境。真空环境不仅能够保证热释电衬底与支撑衬底始终保持紧密连接；并且真空环境能够阻隔热释电衬底与支撑衬底之间的热传导，热释电衬底红外辐射吸收转变的温度变化能够被局限在热释电敏感元处，而不会经热传导到达支撑衬底处，有利于提高最终制备得到的热释电红外探测器的响应率。
S500：将所述键合整体中的所述热释电衬底自所述损伤层处剥离，将保留在所述支撑衬底上的热释电衬底部分作为热释电薄膜；
具体地，首先，对所述键合整体在第三条件下进行升温处理，所述第三条件包括：环境为真空度小于10mbar的真空环境，温度为处于50℃-300℃范围内的第三温度；
其次，再将所述键合整体中的所述热释电衬底自所述损伤层处剥离，由于损伤层到所述热释电衬底第一表面间的距离在0.5μm-50μm范围内，因此保留在所述支撑衬底上的所述热释电薄膜的厚度为0.5μm-50μm。
在所述第三条件下，所述热释电衬底仍保持和所述支撑衬底的紧密连接，因此能够便于自所述损伤层处进行的对所述热释电衬底的剥离，如图2(h)所示，剥离后，保留有位于所述支撑衬底上的热释电薄膜。
在一些实施例中，所述第三温度可以与所述第二温度相同，以起到避免反复升温、简略制备工艺的作用。
S600：对形成有所述热释电薄膜的的所述键合整体在第四条件下进行后退火处理；所述第四条件的环境为氮气、氧气、富Li气氛、真空或氩气的气氛环境，所述后退火的时间为1h-2h，所述后退火的温度在300℃-600℃范围内。所述后退火温度低于所述热释电衬底的居里温度，以避免所述热释电衬底失去热释电性能，对制备出的红外探测器的性能造成不利影响。
和/或对所述热释电薄膜远离所述支撑衬底的一侧进行表面粗糙度处理，所述表面粗糙度包括化学机械抛光、化学腐蚀及低能离子辐照中的至少一种。经所述表面粗糙度处理后，所述热释电薄膜远离所述支撑衬底的一侧的表面粗糙度小于1nm。
经所述后退火和/或表面粗糙度处理后，能够提高热释电红外探测器中敏感元的品质，以及提高后续工艺中第二电极的接触，有利于提供探测器的相应率。
S700：参照图2(i)至图2(j)，在所述热释电薄膜远离支撑衬底的一侧沉积第二金属层，并对所述第二金属层进行图形化处理形成第二电极；所述第二金属层为Ti、Au、Ag、Al、Cu等的一种或其组合，图形化处理后得到的所述第二电极的厚度均在10-500nm的范围内。对所述第二金属层进行的图形化处理的终点为所述热释电薄膜。
S800：对形成有所述第二电极的所述键合整体进行电极引线和封装处理，得到热释电红外探测器。
在对所述键合整体进行封装处理之前，还可以在所述第二电极的表面制备红外吸收层；所述红外吸收层能够提高所述第二电极对红外辐射的吸收率，从而有利于提高探测器响应率。
和/或在所述第二电极远离所述第一电极的一侧设置菲涅耳透镜。具体地，所述菲涅耳透镜的一侧为光滑平面，另一面为同心齿纹面，设置时，使得菲涅耳透镜光滑平面的一侧靠近所述第二电极。
所述红外吸收层和所述菲涅耳透镜均能够起到最大化地将红外辐射入射进器件当中，减少反射，提高探测器的响应率。
如图3所示，本说明书实施例还提供一种热释电红外探测器，所述释电红外探测器通过上述技术方案提供的一种制备热释电红外探测器的方法制备得到，所述热释电红外探测器包括：
支撑衬底10，所述支撑衬底的第三表面经平坦化处理后，图形化处理形成有锚点11；
热释电薄膜20，所述热释电薄膜20通过沿损伤层对热释电衬底进行剥离处理后得到，所述热释电薄膜20靠近所述支撑衬底10的一侧即为所述热释电衬底的第一表面，所述第一表面设有第一电极30，各所述第一电极30分别位于与之对应的所述锚点11内，所述热释电薄膜20第一表面与所述支撑衬底第三表面键合连接；所述第一电极30通过在所述第一表面经沉积第一金属层、并对第一金属层进行图形化处理后得到；所述第一电极30小于所述锚点，所述第一电极30的表面与所述锚点之间形成有间隙；
和第二电极40，所述第二电极40设置在所述热释电薄膜20远离所述支撑衬底的一侧。所述第二电极40通过在所述热释电薄膜20远离所述支撑衬底的一侧经沉积第二金属层、并对所述第二金属层进行图形化处理后得到。
本发明提供的一种制备热释电红外探测器的方法，利用热释电材料在高温下产生电荷的特性，促使热释电衬底和支撑衬底在热释电电荷和感应电荷二者间的库仑力，以及热释电衬底和支撑衬底之间的范德华力的共同作用下实现键合连接。该键合方法键合力强，形成的键合整体连接稳固；且该键合方法简单，无需增加临时键合过渡层或涂敷绝缘胶层，由于临时键合过渡层或涂敷绝缘胶层通常均匀性和平整度均较差且耐受温度较低，因此不仅避免了过渡层或绝缘胶层对探测器造成污染；还提高探测器产品良率；以及突破了由于过渡层或涂敷绝缘胶层耐受温度较低对后退火等工艺的限制。
本方法制得的所述锚点的尺寸大于所述第一电极的尺寸，有利于提高器件的容错率，便于在键合工序中将第一电极与锚点对准操作；除此之外，第一电极与所述支撑衬底之间完全隔离且相互间的传热环境为真空，故热辐射极低乃至没有，有利于将因吸收红外辐射能量造成的温度变化局限在热释电薄膜中，从而在热释电薄膜的上下表面受热产生的电荷可以分别通过第二电极和第一电极产生灵敏的电信号，提高热释电红外探测器的响应率。
如图4所示，为采用500K的黑体辐射源、根据斯蒂芬-玻尔兹曼定理计算的在14μm-16μm波段、热流密度为1.7×10-10W/μm2的红外辐射源条件下，其发射功率在mW量级，设置红外辐射源的入射热流密度为4.86×10-12W/μm2，同时设置衬底温度为27℃，对本发明所涉及的热释电红外探测器进行热分布仿真。图中，颜射深表示温度高，颜色浅表示温度低。
由于电极的厚度(通常在几十纳米或几百纳米)相对钽酸锂薄膜的厚度(几微米)及硅衬底(几百微米)来说过于薄，故在热分布的结果图中未设置相应电极材料层。
图4(a)为传统热释电红外探测器的热分布图，热释电衬底(10μm钽酸锂)上表面所吸收的热量迅速向支撑衬底(硅)传导，热释电衬底吸收红外辐射后，上下表面改变的温度极小，从而在同样的热辐射条件下，产生的电信号极弱。
图4(b)为本发明通过图案化形成电极和锚点以及真空键合制备得到的热释电红外探测器的热分布图，其中热释电衬底由厚度为10μm的钽酸锂材料制得，支撑衬底由硅材料制得。可知，在与图4(a)中吸收同样红外辐射的能量的情况下，其热量被很好的局限在热释电衬底层中；热释电薄膜受热后，其上下表面温度变化大，在其上下表面产生的电荷能够灵敏的产生电信号，提高热释电红外探测器的响应率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。
并且，在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。
Claims (8)
1.一种热释电红外探测器的制备方法，其特征在于，包括：
提供热释电衬底和支撑衬底；
对所述热释电衬底进行第一预处理，在所述热释电衬底内构造损伤层，以及在所述热释电衬底的表面形成第一电极；
对所述支撑衬底进行第二预处理，在所述支撑衬底上形成与所述第一电极一一对应的锚点；
将所述热释电衬底和所述支撑衬底进行键合，形成键合整体，所述键合整体中各所述第一电极分别位于与之对应的所述锚点内；
将所述键合整体中的所述热释电衬底自所述损伤层处剥离，将保留在所述支撑衬底上的热释电衬底部分作为热释电薄膜；所述热释电衬底部分的厚度为0.5μm-50μm；
在所述热释电薄膜上沉积第二金属层，并对所述第二金属层进行图形化处理形成第二电极；
对形成有所述第二电极的所述键合整体进行封装处理，得到热释电红外探测器；
所述将所述热释电衬底和所述支撑衬底进行键合，形成键合整体，包括：
将所述热释电衬底和所述支撑衬底在第一条件下进行第一键合，形成初步键合整体；
对所述初步键合整体在第二条件下进行第二键合，使得所述热释电衬底和所述支撑衬底完全键合形成所述键合整体；
所述第一条件为包括：环境为真空度小于10mbar的真空环境，温度为处于20℃-30℃范围内的第一温度；所述第二条件包括：环境为真空度小于10mbar的真空环境，温度为处于40℃-250℃范围内的第二温度。
2.根据权利要求1所述的一种热释电红外探测器的制备方法，其特征在于，所述第一预处理包括：自所述热释电衬底的一侧向所述热释电衬底的另一侧进行离子注入，使得注入的离子在所述热释电衬底内形成损伤层；
在所述热释电衬底的一侧沉积第一金属层，并对所述第一金属层进行图形化处理形成第一电极；
所述第二预处理包括：在所述支撑衬底的表面进行刻蚀和图形化处理，以形成与所述第一电极一一对应的锚点，所述锚点的尺寸大于所述第一电极的尺寸，所述锚点的深度大于所述第一电极的高度。
3.根据权利要求2所述的一种热释电红外探测器的制备方法，其特征在于，所述离子注入的离子为氢离子、氦离子、氖离子或氢氦共注，所述离子注入的能量所述离子注入的温度在50℃-150℃之间，所述离子注入的能量在1keV-2000keV之间，所述离子注入的剂量在1×1016ions/cm2-1.5×1017ions/cm2之间，所述损伤层到所述第一电极之间的距离在0.5μm-50μm范围内。
4.根据权利要求2所述的一种热释电红外探测器的制备方法，其特征在于，所述将所述键合整体中的所述热释电衬底自所述损伤层处剥离，包括：
对所述键合整体在第三条件下进行升温处理，所述第三条件包括：
环境为真空度小于10mbar的真空环境，温度为处于50℃-300℃范围内的第三温度；
将所述键合整体中的所述热释电衬底自所述损伤层处剥离。
5.根据权利要求4所述的一种热释电红外探测器的制备方法，其特征在于，所述在所述热释电薄膜上沉积第二金属层之前，还包括：
对形成有所述热释电薄膜的键合整体在第四条件下进行后退火处理；
和/或对所述热释电薄膜远离所述支撑衬底的一侧进行表面粗糙度处理。
6.根据权利要求5所述的一种热释电红外探测器的制备方法，其特征在于，所述第四条件的环境为氮气、氧气、富Li气氛、真空或氩气的气氛环境，所述后退火的时间为1h-2h，所述后退火的温度在300℃-600℃范围内；
所述表面粗糙度处理包括化学机械抛光、化学腐蚀及低能离子辐照中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的一种热释电红外探测器的制备方法，其特征在于，所述在所述热释电薄膜上沉积第二金属层，并对所述第二金属层进行图形化处理形成第二电极之后，还包括：
在所述第二电极表面制备红外吸收层；和/或，
在所述第二电极远离所述第一电极的一侧设置菲涅耳透镜。
8.一种热释电红外探测器，其特征在于，采用如权利要求1至7任意一项所述的制备方法制备得到。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010603835.1A CN111864046B (zh) | 2020-06-29 | 2020-06-29 | 一种热释电红外探测器的制备方法及热释电红外探测器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010603835.1A CN111864046B (zh) | 2020-06-29 | 2020-06-29 | 一种热释电红外探测器的制备方法及热释电红外探测器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111864046A CN111864046A (zh) | 2020-10-30 |
| CN111864046B true CN111864046B (zh) | 2021-10-19 |
Family
ID=72989083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010603835.1A Active CN111864046B (zh) | 2020-06-29 | 2020-06-29 | 一种热释电红外探测器的制备方法及热释电红外探测器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111864046B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10300569A (ja) * | 1997-04-28 | 1998-11-13 | Shimadzu Corp | 焦電型赤外線検出器 |
| CN1234614A (zh) * | 1998-12-04 | 1999-11-10 | 中国科学院上海冶金研究所 | 一种提高热释电红外探测器响应的方法 |
| CN107546319A (zh) * | 2017-08-28 | 2018-01-05 | 电子科技大学 | 一种热释电红外探测器及其制备方法 |
| CN108336219A (zh) * | 2018-03-15 | 2018-07-27 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种薄膜异质结构的制备方法 |
| CN109786229A (zh) * | 2018-12-05 | 2019-05-21 | 中北大学 | 一种晶圆键合方法以及相应的异质衬底制备的方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8604435B2 (en) * | 2009-02-26 | 2013-12-10 | Texas Instruments Incorporated | Infrared sensor structure and method |
-
2020
- 2020-06-29 CN CN202010603835.1A patent/CN111864046B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10300569A (ja) * | 1997-04-28 | 1998-11-13 | Shimadzu Corp | 焦電型赤外線検出器 |
| CN1234614A (zh) * | 1998-12-04 | 1999-11-10 | 中国科学院上海冶金研究所 | 一种提高热释电红外探测器响应的方法 |
| CN107546319A (zh) * | 2017-08-28 | 2018-01-05 | 电子科技大学 | 一种热释电红外探测器及其制备方法 |
| CN108336219A (zh) * | 2018-03-15 | 2018-07-27 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种薄膜异质结构的制备方法 |
| CN109786229A (zh) * | 2018-12-05 | 2019-05-21 | 中北大学 | 一种晶圆键合方法以及相应的异质衬底制备的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111864046A (zh) | 2020-10-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2016112773A1 (zh) | 一种半导体器件的三维电极结构及其制备方法和应用 | |
| CN111341875B (zh) | 一种石墨烯/二硒化钯/硅异质结自驱动光电探测器 | |
| EP3664158A1 (en) | Nanostructured devices | |
| KR20090025257A (ko) | 후층 트랜스퍼 공정을 이용하여 태양전지를 제조하는 방법 및 구조 | |
| JPH04290265A (ja) | 電気光学検出器アレーとその製造方法 | |
| CN109742178B (zh) | 一种透红外的高灵敏可见光探测器及其制备方法 | |
| CN112349797A (zh) | 一种碲锌镉探测器的器件结构及其制备工艺 | |
| CN109686812A (zh) | 基于隧穿氧化层的键合硅pin辐射响应探测器及制备方法 | |
| TWI509230B (zh) | 石墨烯光電能量感測器及使用其之光電能量感測方法 | |
| CN111864046B (zh) | 一种热释电红外探测器的制备方法及热释电红外探测器 | |
| CN110854222B (zh) | 一种漂移探测器的双面制备方法及漂移探测器 | |
| CN114063140A (zh) | 一种消除极化效应的金刚石中子探测器的制备方法 | |
| CN104576832B (zh) | 基于soi阻挡杂质带探测器的制备方法 | |
| JP2007081190A (ja) | 電界効果型トランジスタ | |
| EP0933822A2 (en) | Substrate for forming high-strenght thin semiconductor element and method for manufacturing high-strength thin semiconductor element | |
| US9952360B2 (en) | Method for producing a textured reflector for a thin-film photovoltaic cell, and resulting textured reflector | |
| CN219959011U (zh) | 一种含透明电极的碳化硅探测器芯片 | |
| JP5236669B2 (ja) | 電極の製造方法、太陽電池の製造方法および光電変換素子の製造装置 | |
| CN206516606U (zh) | 一种电极引线单元及真空光电器件 | |
| JP5022743B2 (ja) | 光電変換素子 | |
| CN105977337B (zh) | 低暗电流高速pin探测器及其加工方法 | |
| JPH02198176A (ja) | 放射検出器 | |
| KR101547342B1 (ko) | 박막형 태양전지의 제조방법 | |
| JPS6184073A (ja) | 半導体装置の作製方法 | |
| Smith et al. | Si microchannel plates for image intensification |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |