CN111947789B - 一种双色偏振非制冷红外探测器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了双色偏振红外探测器及其制作方法，包括多个探测器单元，探测器单元包括四个超像元结构，超像元结构包括四个像素单元；像素单元包括基底层、第一悬空层、第二悬空层，第一悬空层包括支撑结构层和超表面吸收层，超表面吸收层位于支撑结构层的两个支撑与电连接孔之间，且超表面吸收层包括背板层、介质层、金属阵列层，金属阵列层包括多个不同尺寸的金属块，第二悬空层包括第一支撑层和线栅层；同一超像元结构中的四个线栅层具有各不相同的线栅朝向角度，位于同一对角线上的两个超像元结构中的金属阵列层相同，且两条对角线上的金属阵列层中的金属块尺寸不等，以实现对红外波段的双色偏振成像，无需制作高度不同的谐振腔，制作工艺简单。
Description
技术领域
本申请涉及红外探测器技术领域，特别是涉及一种双色偏振非制冷红外探测器及其制作方法。
背景技术
非制冷红外探测器，主要利用红外辐射的两个波段窗口，一个是8～14微米的远红外波段，也称作红外第一大气窗区；另一个是3～5微米的波段，称为红外第二大气窗区，也即中红外波段。3～5微米波段更适合测量高温物质，如500摄氏度以上的物质；而8～14微米长波红外在大气中基本没有明显衰减，测量精度受距离影响很小，远近距离测量都很适合，测温范围也比较宽，能够同时探测两个大气窗口的红外探测器被称为双色红外探测器。
请参考图1，现有相关红外探测器采用上下两层悬空结构，上层悬空结构包括两层层叠的支撑层和线栅层13，线栅层13具有线栅结构22，支撑层直接与热敏层相连，从而实现偏振探测功能，同时利用两种不同高度的谐振腔24组合，通过调整谐振腔24的高度，增强特定谱段的吸收，从而实现双色探测的功能，虽然可以实现双色偏振探测，但是不同高度的谐振腔的制作工艺复杂。
因此，如何提供一种制作工艺简单双色偏振的红外探测器应是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种双色偏振非制冷红外探测器及其制作方法，以简化双色偏振非制冷红外探测器的制作工艺。
为解决上述技术问题，本申请提供一种双色偏振非制冷红外探测器，包括多个探测器单元，所述探测器单元包括四个超像元结构，所述超像元结构包括四个像素单元，四个所述超像元结构和四个所述像素单元按两行两列排列；
所述像素单元包括由下向上设置的基底层、第一悬空层、第二悬空层，所述第一悬空层包括层叠的支撑结构层和超表面吸收层，所述超表面吸收层位于所述支撑结构层的两个支撑与电连接孔之间，且所述超表面吸收层包括背板层、介质层、金属阵列层，所述金属阵列层包括多个不同尺寸的金属块，所述第二悬空层包括第一支撑层和线栅层；
同一所述超像元结构中的四个线栅层具有各不相同的线栅朝向角度，位于同一对角线上的两个所述超像元结构中的所述金属阵列层相同，且两条对角线上的所述金属阵列层中的金属块尺寸不等，以实现对红外波段的双色偏振成像。
可选的，相邻所述像素单元的所述第二悬空层彼此相连。
可选的，所述第二悬空层中的支撑连接孔位于所述支撑与电连接孔的外侧，位于所述支撑连接孔底部的第一支撑层与所述支撑结构层相连。
可选的，多个不同尺寸的所述金属块的形状为同心圆环、同心方形环带、正方形、圆盘、长条状中的任一种。
可选的，每个所述像素单元中的所述线栅层包括多个线栅结构，所述第一支撑层对应相邻所述线栅结构之间的区域为贯穿厚度的第二通孔。
可选的，所述支撑结构层包括第二支撑层、位于所述第二支撑层上表面的热敏层、位于所述第二支撑层和所述热敏层的上表面的第一保护层、位于所述第一保护层上表面的电极金属层和位于所述电极金属层上表面的第二保护层；
所述第二支撑层和所述第一保护层具有第一通孔，以便所述电极金属层通过所述第一通孔与所述金属电极电连接；所述第一保护层具有接触孔，所述接触孔的下端终止于所述热敏层。
本申请还提供一种双色偏振非制冷红外探测器制作方法，包括：
获得基底层；
在所述基底层的上表面形成第一牺牲层，并对所述第一牺牲层进行图形化处理，以形成与支撑结构层的支撑与电连接孔对应的孔；
在所述第一牺牲层的上表面形成所述支撑结构层；
在相邻所述支撑与电连接孔之间的所述支撑结构层上表面依次形成背板层、介质层、包括多个不同尺寸金属块的金属阵列层，且同一探测器单元中位于同一对角线上的两个所述超像元结构中的所述金属阵列层相同，且两条对角线上的所述金属阵列层中的金属块尺寸不等，得到探测器前驱体；
在所述探测器前驱体的上表面形成第二牺牲层，并对所述第二牺牲层进行图形化处理；
在所述第二牺牲层的上表面形成包括第一支撑层和线栅层，并对所述线栅层进行刻蚀，以使同一所述超像元结构中的四个像素单元的所述线栅层具有各不相同的线栅朝向角度；
释放所述第一牺牲层和所述第二牺牲层，得到双色偏振红外探测器。
可选的，所述获得基底层包括：
获得含有读出电路的衬底；
在所述衬底的上表面沉积金属薄膜层，并对所述金属薄膜层进行图形化处理，以形成金属反射层和金属电极，且所述金属电极与所述支撑与电连接孔对应。
可选的，所述在所述第一牺牲层的上表面形成所述支撑结构层包括：
在所述第一牺牲层的上表面形成第二支撑层；
在所述第二支撑层的上表面形成热敏层；
在所述热敏层和所述第二支撑层的上表面形成第一保护层，并对位于所述支撑与电连接孔底部的所述第二支撑层和所述第一保护层进行光刻和刻蚀形成第一通孔，对位于热敏层上方的所述第一保护层进行光刻和刻蚀，止于所述热敏层，形成接触孔；
在所述第一保护层的上表面形成电极金属层，且位于所述第一通孔中的所述电极金属层与所述金属电极电连接；
在所述电极金属层的上表面形成第二保护层。
可选的，所述在相邻所述支撑与电连接孔之间的所述支撑结构层上表面依次形成背板层、介质层、包括多个不同尺寸金属块的金属阵列层包括：
采用剥离工艺、反应溅射、光刻和蚀刻图形化方法中的任一种方法，在相邻所述支撑与电连接孔之间的所述支撑结构层上表面依次形成所述背板层、所述介质层、所述金属阵列层。
本申请所提供的一种双色偏振非制冷红外探测器，包括多个探测器单元，所述探测器单元包括四个超像元结构，所述超像元结构包括四个像素单元，四个所述超像元结构和四个所述像素单元按两行两列排列；
所述像素单元包括由下向上设置的基底层、第一悬空层、第二悬空层，所述第一悬空层包括层叠的支撑结构层和超表面吸收层，所述超表面吸收层位于所述支撑结构层的两个支撑与电连接孔之间，且所述超表面吸收层包括背板层、介质层、金属阵列层，所述金属阵列层包括多个不同尺寸的金属块，所述第二悬空层包括第一支撑层和线栅层；
同一所述超像元结构中的四个线栅层具有各不相同的线栅朝向角度，位于同一对角线上的两个所述超像元结构中的所述金属阵列层相同，且两条对角线上的所述金属阵列层中的金属块尺寸不等，以实现对红外波段的双色偏振成像。
可见，本申请中非制冷红外探测器的每个探测器单元包括四个超像元结构，每个超像元结构包括四个像素单元，每个像素单元包括由下向上设置的基底层、包括支撑结构层和超表面吸收层的第一悬空层、包括第一支撑层和线栅层的第二悬空层，同一超像元结构中的四个线栅层具有各不相同的线栅朝向角度，实现偏振探测，并且在一个探测器单元中，同一对角线上的超像元结构中的金属阵列层相同，且两条对角线上的金属阵列层中的金属块尺寸不等，即一个探测器单元具有两种不同的超表面吸收层，实现对中波和长波两种信号的响应，无需制作高度不同的谐振腔，使得红外探测器制作工艺简化。
此外，本申请还提供一种具有上述优点的双色偏振非制冷红外探测器制作方法。
附图说明
为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，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申请的一些实施例，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他的附图。
图1为现有技术中双色偏振非制冷红外探测器的结构示意图；
图2为本申请实施例所提供的一种双色偏振非制冷红外探测器相邻两个像素单元的结构示意图；
图3至图7为本申请实施例所提供的金属阵列层的结构示意图；
图8为本申请实施例所提供的探测器单元的俯视图；
图9为本申请实施例所提供的一种双色偏振非制冷红外探测器制作方法流程图；
图10至图19为本申请实施例所提供的一种双色偏振非制冷红外探测器制作工艺流程图；
图20为本申请实施例中位于两条对角线上的超像元结构中的金属阵列层的吸收光谱示意图；
图21为本申请实施例所提供的另一种双色偏振非制冷红外探测器相邻两个像素单元的结构示意图；
图中，100.像素单元，200.超像元结构，300.探测器单元，1.衬底，2.金属反射层，3.金属电极，4.第二支撑层，5.热敏层，6.第一保护层，7.电极金属层，8.第二保护层，9.背板层，10.介质层，11.金属阵列层，12.第一支撑层，13.线栅层，14.支撑与电连接孔，15.支撑连接孔，16.第一牺牲层，17.第一孔，18.第一通孔，19.接触孔，20.第二牺牲层，21.第二孔，22.线栅结构，23.第二通孔，24.谐振腔。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
正如背景技术部分所述，现有相关技术中采用上下两层悬空结构的红外探测器，上层悬空结构包括两层层叠的支撑层和线栅层，线栅层具有线栅结构，支撑层直接与热敏层相连，能够实现偏振探测功能，同时利用两种不同高度的谐振腔实现双色探测的功能，不同高度的谐振腔的制作工艺复杂。有鉴于此，本申请提供了一种双色偏振非制冷红外探测器，请参考图2，图2为本申请实施例所提供的一种双色偏振红外探测器相邻两个像素单元的结构示意图，该双色偏振红外探测器包括多个探测器单元300，所述探测器单元300包括四个超像元结构200，所述超像元结构200包括四个像素单元100，四个所述超像元结构200和四个所述像素单元100按两行两列排列；
所述像素单元100包括由下向上设置的基底层、第一悬空层、第二悬空层，所述第一悬空层包括层叠的支撑结构层和超表面吸收层，所述超表面吸收层位于所述支撑结构层的两个支撑与电连接孔14之间，且所述超表面吸收层包括背板层9、介质层10、金属阵列层11，所述金属阵列层11包括多个不同尺寸的金属块，所述第二悬空层包括第一支撑层12和线栅层13；
同一所述超像元结构中的四个线栅层13具有各不相同的线栅朝向角度，位于同一对角线上的两个所述超像元结构中的所述金属阵列层11相同，且两条对角线上的所述金属阵列层11中的金属块尺寸不等，以实现对红外波段的双色偏振成像。
在一个探测器单元300中，左上角和右下角的两个超像元结构200中的金属阵列层11相同，右上角和左下角的两个超像元结构200中的金属阵列层11相同，位于左上角和右下角的两个超像元结构200中的金属阵列层11的金属块尺寸与位于右上角和左下角的两个超像元结构200中的金属阵列层11的金属块尺寸不相等，尺寸较大的金属块所在的金属阵列层对应长波红外信号，尺寸小的金属块所在的金属阵列层对应中波红外信号，不同尺寸的金属块所在的金属阵列层的吸收光谱请参见图20，图中曲线a表示尺寸较大的金属块所在的金属阵列层的吸收光谱，曲线b表示尺寸小的金属块所在的金属阵列层的吸收光谱。
具体的，所述支撑结构层包括第二支撑层4、位于所述第二支撑层4上表面的热敏层5、位于所述第二支撑层4和所述热敏层5的上表面的第一保护层6、位于所述第一保护层6上表面的电极金属层7和位于所述电极金属层7上表面的第二保护层8；
所述第二支撑层4和所述第一保护层6具有第一通孔，以便所述电极金属层7通过所述第一通孔与所述金属电极3电连接；所述第一保护层6具有接触孔，所述接触孔的下端终止于所述热敏层5。
可选的，第二支撑层4为氮化硅层、二氧化硅层、氮氧化硅层中的任一种或者任意组合形成的复合层，厚度为0.10μm～0.30μm。
需要指出的是，本申请中热敏层5的材料包括但不限于氧化钒、氧化锰、氧化铜、氧化钼、氧化钛或多晶硅，热敏层5厚度在50nm～100nm之间。
进一步的，第一保护层6和第二保护层8可以均为氮化硅层或者二氧化硅，或者为二氧化硅层和氮化硅层的复合叠层，第一保护层6和所述第二保护层8的厚度范围均为50nm～100nm。
进一步的，电极金属层7的材料包括但不限于Ti，TiN，V，NiCr中的任一种或者任意组合。
需要指出的是，背板层9的材料包括但不限于金、钛、铬、镍、铜、铝、铂、银中的任一种，厚度为30nm～300nm；介质层10包括但不限于Si、Ge、GeTe、PbTe、SiO2、Si3N4、Al2O3、ZnS、ZnSe、金刚石中的任一种材料形成单层膜层，或者由上述任意单层膜层组合形成的复合层，厚度为20nm～400nm。
进一步的，金属阵列层11的材料包括但不限于金、钛、镍、铬、铜、铝、铂、银的任一种，厚度为10nm～300nm。
可选的，多个不同尺寸的所述金属块的形状为同心圆环、同心方形环带、正方形、圆盘、长条状中的任一种，请参考图3至图7。
可选的，第一支撑层12为氮化硅层、二氧化硅层、氮氧化硅层中的任一种或者任意组合形成的复合层，厚度为0.10μm～0.30μm。
需要指出的是，本申请中对线栅层13的材料不做具体限定，视情况而定。例如，线栅层13的材料为铝、金、钛、银、铜、铬等或者它们的组合。线栅层13中包括多个金属线栅，金属线栅的宽度为10nm～1000nm，间隔为10nm～1000nm。
金属线栅仅能够允许目标信号中电场垂直于线栅方向的偏振分量通过，而目标信号中电场平行于线栅方向的偏振分量将被反射，结合超像元结构的排列方式并通过计算斯托克斯矢量的方式，实现对目标信号的偏振探测。
同一超像元结构200中四个像素单元100的四个线栅层13具有各不相同的线栅朝向角度，可选的，按照从左到右的顺序，上面一列的两个线栅层13中的线栅朝向角度为0°、45°，下面一列两个线栅层13中的线栅朝向角度为90°、135°，具体可参见图8。
具体的，所述基底层包括含有读出电路的衬底1、位于所述衬底1上表面的金属反射层2和金属电极3；第一悬空层中的电极金属层7通过支撑与电连接孔14与金属电极3电连接。
本申请中位于同一对角线上的两个超像元结构中的金属阵列层11相同，且两条对角线上的金属阵列层11中的金属块尺寸不等，结合背板层9、介质层10，可以响应中波信号和长波信号两种信号，从而能够实现双色探测，不需要使用两种不同高度的谐振腔组合，大大减少了工艺步骤，降低了工艺实现的难度。
本申请中非制冷红外探测器的每个探测器单元包括四个超像元结构，每个超像元结构包括四个像素单元，每个像素单元包括由下向上设置的基底层、包括支撑结构层和超表面吸收层的第一悬空层、包括第一支撑层12和线栅层13的第二悬空层，同一超像元结构中的四个线栅层13具有各不相同的线栅朝向角度，实现偏振探测，并且在一个探测器单元中，同一对角线上的超像元结构中的金属阵列层11相同，且两条对角线上的金属阵列层11中的金属块尺寸不等，即一个探测器单元具有两种不同的超表面吸收层，实现对中波和长波两种信号的响应，无需制作高度不同的谐振腔，使得红外探测器制作工艺简单。
此外，本申请还实现金属线栅与非制冷红外探测器的单片集成，一方面使得金属线栅与热敏层5的距离被显著缩小(远小于一个像元尺寸)，整个器件体积得到大幅减小，成本降低；另一方面金属线栅与像元的对准精度显著提升，对准精度能够控制在百纳米范围，此时通过像元上方的金属线栅的入射能量几乎不会被相邻像元所吸收，这两个因素共同使得光学串扰被抑制甚至消除。
优选地，在本申请的一个实施例中，双色偏振非制冷红外探测器相邻所述像素单元的所述第二悬空层彼此相连，如图2中虚线框A中所示，以避免非偏振信号从间隙中透过，从而有效提升偏振探测选择比。
在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中双色偏振非制冷红外探测器中的所述第二悬空层中的支撑连接孔15位于所述支撑与电连接孔14的外侧，位于所述支撑连接孔15底部的第一支撑层12与所述支撑结构层相连。
在本实施例中，支撑连接孔15位于支撑与电连接孔14的外侧，即第二悬空层与第一悬空层的连接处远离热敏层5，与热敏层5实现了热绝缘，避免了偏振噪声的引入，提升了偏振探测选择比；第二层悬空层与热敏层5热绝缘，使得第二层悬空层几乎不影响热敏层5的热容，附加热容低，热响应迅速，能够提升探测器对运动目标的偏振探测能力。
下面对金属阵列层进行具体举例说明，为便于描述，将位于左上角和右下角的两个超像元结构中的金属阵列层称为第一金属阵列层，将位于右上角和左下角的两个超像元结构中的金属阵列层称为第二金属阵列层。
具体的，当第一金属阵列层、第二金属阵列层中为多个不同尺寸的正方形金属块时，第一金属阵列层中金属块的数量为2-7，阵列周期为2-8μm，正方形金属块的厚度为10-300nm，边长为600-2000nm，材料为Al，第二金属阵列层数目为2-7，阵列周期为0.7-3μm，厚度为10-300nm，边长为200-800nm。
具体的，当第一金属阵列层、第二金属阵列层中为多个不同尺寸的圆盘金属块时，第一金属阵列层中金属块的数量为2-7，阵列周期为2-8μm，厚度为10-300nm，圆盘直径为600-2000nm，材料为Al，第二金属阵列层数目为2-7，阵列周期为0.7-3μm，厚度为10-300nm，直径为200-800nm，材料为Al。
具体的，当第一金属阵列层、第二金属阵列层中为多个不同尺寸的同心圆环金属块时，第一金属阵列层中金属块的数量为2-7，阵列周期为2-8μm，厚度为10-300nm，同心圆环的内外直径为400-2000nm，材料为Al，第二金属阵列层中金属块的数量为2-7，阵列周期为0.6-3μm，厚度为10-300nm，同心圆环的内外直径为200-800nm，材料为Al。
具体的，当第一金属阵列层、第二金属阵列层中为多个不同尺寸的同心方形环带金属块时，第一金属阵列层中金属块的数量为2-7，阵列周期为2-8μm，厚度为10-300nm，同心方形环带的内外边长为400-2000nm，材料为Al，第二金属阵列层中金属块的数量为2-7，阵列周期为0.6-3μm，厚度为10-300nm，同心方形环带的内外边长为200-800nm，材料为Al。
具体的，当第一金属阵列层、第二金属阵列层中为多个不同尺寸的长条形金属块时，第一金属阵列层中金属块的数量为2-7，阵列周期为2-8μm，厚度为10-300nm，金属块的长边长为400-2000nm，短边长20-200nm，材料为Al，第二金属阵列层中金属块的数量为2-7，周期为0.6-3μm，厚度为10-300nm，金属块的长边长为200-800nm，短边长为20-200nm，材料为Al。
请参考图21，图21为本申请实施例所提供的另一种双色偏振非制冷红外探测器相邻两个像素单元的结构示意图。在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，每个所述像素单元100中的所述线栅层13包括多个线栅结构22，所述第一支撑层12对应相邻所述线栅结构22之间的区域为贯穿厚度的第二通孔23。
第一支撑层12在相邻线栅结构22之间的区域为贯穿厚度的第二通孔23，即第一支撑层12在相邻线栅结构22之间的部分被穿透，在释放第二牺牲层时，氧等离子体可以通过第二通孔23进入，加速氧等离子体与第二牺牲层的相互作用，有利于第二牺牲层的释放。此外，第二通孔23还会增加TM(横磁)偏振的透过率，有利于提升偏振探测的性能。
本申请还提供一种双色偏振非制冷红外探测器制作方法，请参考图9，该方法包括：
步骤S101：获得基底层。
作为一种具体实施方式，所述获得基底层包括：
步骤S1011：获得含有读出电路的衬底；
步骤S1012：在所述衬底的上表面沉积金属薄膜层，并对所述金属薄膜层进行图形化处理，以形成金属反射层和金属电极，且所述金属电极与所述支撑与电连接孔对应。
请参考图10，衬底1的上表面具有金属反射层2和金属电极3。
步骤S102：在所述基底层的上表面形成第一牺牲层，并对所述第一牺牲层进行图形化处理，以形成与支撑结构层的支撑与电连接孔对应的孔。
请参考图11，在基底层的上表面旋涂第一牺牲层16，并用光刻、刻蚀方法对第一牺牲层进行图形化处理以形成第一孔17。第一牺牲层为聚酰亚胺。
步骤S103：在所述第一牺牲层的上表面形成所述支撑结构层。
作为一种具体实施方式，所述在所述第一牺牲层的上表面形成所述支撑结构层包括：
步骤S1031：在所述第一牺牲层的上表面形成第二支撑层；
请参考图12，在第一牺牲层16的上沉积第二支撑层4。
步骤S1032：在所述第二支撑层的上表面形成热敏层；
请参考图13，采用剥离工艺、反应溅射、光刻和蚀刻图形化方法中的任一种，在第二支撑层4上制作热敏层5。
步骤S1033：在所述热敏层和所述第二支撑层的上表面形成第一保护层，并对位于所述支撑与电连接孔底部的所述第二支撑层和所述第一保护层进行光刻和刻蚀形成第一通孔，对位于热敏层上方的所述第一保护层进行光刻和刻蚀，止于所述热敏层，形成接触孔；
请参考图14，热敏层5和第二支撑层4的上表面具有第一保护层6，采用光刻和刻蚀的方法，对位于第一牺牲层16中的第一孔17的底部的第二支撑层4和第一保护层6进行刻蚀以形成第一通孔18；采用光刻和刻蚀的方法，对第一保护层6与热敏层5对应的区域进行刻蚀，刻蚀终止于热敏层6，以形成接触孔19。
步骤S1034：在所述第一保护层的上表面形成电极金属层，且位于所述第一通孔中的所述电极金属层与所述金属电极电连接；
步骤S1035：在所述电极金属层的上表面形成第二保护层。
请参考图15，第一保护层6的上表面依次沉积有电极金属层7和第二保护层8，电极金属层7的方阻为5～80Ω。
步骤S104：在相邻所述支撑与电连接孔之间的所述支撑结构层上表面依次形成背板层、介质层、包括多个不同尺寸金属块的金属阵列层，且同一探测器单元中位于同一对角线上的两个所述超像元结构中的所述金属阵列层相同，且两条对角线上的所述金属阵列层中的金属块尺寸不等，得到探测器前驱体。
请参考图16，优选地，采用剥离工艺、反应溅射、光刻和蚀刻图形化方法中的任一种方法，在相邻所述支撑与电连接孔之间的所述支撑结构层上表面依次形成所述背板层9、所述介质层10、所述金属阵列层11。
步骤S105：在所述探测器前驱体的上表面形成第二牺牲层，并对所述第二牺牲层进行图形化处理。
请参考图17，对第二牺牲层20进行图形化处理以形成与支撑连接孔对应的第二孔21，优选地，第二牺牲层20中的第二孔21位于第一牺牲层16中的第一孔17的外侧远离热敏层。
第二牺牲层为聚酰亚胺，第二牺牲层的厚度为500nm～1500nm。
步骤S106：在所述第二牺牲层的上表面形成包括第一支撑层和线栅层，并对所述线栅层进行刻蚀，以使同一所述超像元结构中的四个像素单元的所述线栅层具有各不相同的线栅朝向角度。
请参考图18，第一支撑层12通过第二牺牲层20中的第二孔21的底部与第二保护层8连接，在第一支撑层12的上表面沉积线栅层13，并对线栅层13进行刻蚀。
可选的，在本申请的一个实施例中，对线栅层进行刻蚀包括：
对线栅层13和第一支撑层12进行刻蚀，得到线栅结构22，同时在第一支撑层12中形成第二通孔23，如图19所示。步骤S107：释放所述第一牺牲层和所述第二牺牲层，得到双色偏振红外探测器。
本申请双色偏振非制冷红外探测器制作方法得到的红外探测器中，每个探测器单元包括四个超像元结构，每个超像元结构包括四个像素单元，每个像素单元包括由下向上设置的基底层、包括支撑结构层和超表面吸收层的第一悬空层、包括第一支撑层和线栅层的第二悬空层，同一超像元结构中的四个线栅层具有各不相同的线栅朝向角度，实现偏振探测，并且在一个探测器单元中，同一对角线上的超像元结构中的金属阵列层相同，且两条对角线上的金属阵列层中的金属块尺寸不等，即一个探测器单元具有两种不同的超表面吸收层，实现对中波和长波两种信号的响应，因此，使得红外探测器同时实现偏振探测和双色探测。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上对本申请所提供的一种双色偏振红外探测器及其制作方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种双色偏振非制冷红外探测器，其特征在于，包括多个探测器单元，所述探测器单元包括四个超像元结构，所述超像元结构包括四个像素单元，四个所述超像元结构和四个所述像素单元按两行两列排列；
所述像素单元包括由下向上设置的基底层、第一悬空层、第二悬空层，所述第一悬空层包括层叠的支撑结构层和超表面吸收层，所述超表面吸收层位于所述支撑结构层的两个支撑与电连接孔之间，且所述超表面吸收层包括背板层、介质层、金属阵列层，所述金属阵列层包括多个不同尺寸的金属块，所述第二悬空层包括第一支撑层和线栅层；
同一所述超像元结构中的四个线栅层具有各不相同的线栅朝向角度，位于同一对角线上的两个所述超像元结构中的所述金属阵列层相同，且两条对角线上的所述金属阵列层中的金属块尺寸不等，以实现对红外波段的双色偏振成像；
其中，所述支撑结构层包括第二支撑层、位于所述第二支撑层上表面的热敏层、位于所述第二支撑层和所述热敏层的上表面的第一保护层、位于所述第一保护层上表面的电极金属层和位于所述电极金属层上表面的第二保护层；
所述第二支撑层和所述第一保护层具有第一通孔，以便所述电极金属层通过所述第一通孔与金属电极电连接；所述第一保护层具有接触孔，所述接触孔的下端终止于所述热敏层。
2.如权利要求1所述的双色偏振非制冷红外探测器，其特征在于，相邻所述像素单元的所述第二悬空层彼此相连。
3.如权利要求1所述的双色偏振非制冷红外探测器，其特征在于，所述第二悬空层中的支撑连接孔位于所述支撑与电连接孔的外侧，位于所述支撑连接孔底部的第一支撑层与所述支撑结构层相连。
4.如权利要求1所述的双色偏振非制冷红外探测器，其特征在于，多个不同尺寸的所述金属块的形状为同心圆环、同心方形环带、正方形、圆盘、长条状中的任一种。
5.如权利要求1所述的双色偏振非制冷红外探测器，其特征在于，每个所述像素单元中的所述线栅层包括多个线栅结构，所述第一支撑层对应相邻所述线栅结构之间的区域为贯穿厚度的第二通孔。
6.一种双色偏振非制冷红外探测器制作方法，其特征在于，包括：
获得基底层；
在所述基底层的上表面形成第一牺牲层，并对所述第一牺牲层进行图形化处理，以形成与支撑结构层的支撑与电连接孔对应的孔；
在所述第一牺牲层的上表面形成所述支撑结构层；
在相邻所述支撑与电连接孔之间的所述支撑结构层上表面依次形成背板层、介质层、包括多个不同尺寸金属块的金属阵列层，且同一探测器单元中位于同一对角线上的两个超像元结构中的所述金属阵列层相同，且两条对角线上的所述金属阵列层中的金属块尺寸不等，得到探测器前驱体；
在所述探测器前驱体的上表面形成第二牺牲层，并对所述第二牺牲层进行图形化处理；
在所述第二牺牲层的上表面形成包括第一支撑层和线栅层，并对所述线栅层进行刻蚀，以使同一所述超像元结构中的四个像素单元的所述线栅层具有各不相同的线栅朝向角度；
释放所述第一牺牲层和所述第二牺牲层，得到双色偏振红外探测器；
其中，所述在所述第一牺牲层的上表面形成所述支撑结构层包括：
在所述第一牺牲层的上表面形成第二支撑层；
在所述第二支撑层的上表面形成热敏层；
在所述热敏层和所述第二支撑层的上表面形成第一保护层，并对位于所述支撑与电连接孔底部的所述第二支撑层和所述第一保护层进行光刻和刻蚀形成第一通孔，对位于热敏层上方的所述第一保护层进行光刻和刻蚀，止于所述热敏层，形成接触孔；
在所述第一保护层的上表面形成电极金属层，且位于所述第一通孔中的所述电极金属层与金属电极电连接；
在所述电极金属层的上表面形成第二保护层。
7.如权利要求6所述的双色偏振非制冷红外探测器制作方法，其特征在于，所述获得基底层包括：
获得含有读出电路的衬底；
在所述衬底的上表面沉积金属薄膜层，并对所述金属薄膜层进行图形化处理，以形成金属反射层和金属电极，且所述金属电极与所述支撑与电连接孔对应。
8.如权利要求6所述的双色偏振非制冷红外探测器制作方法，其特征在于，所述在相邻所述支撑与电连接孔之间的所述支撑结构层上表面依次形成背板层、介质层、包括多个不同尺寸金属块的金属阵列层包括：
采用剥离工艺、反应溅射、光刻和蚀刻图形化方法中的任一种方法，在相邻所述支撑与电连接孔之间的所述支撑结构层上表面依次形成所述背板层、所述介质层、所述金属阵列层。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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