CN114199383B - 基于等离激元复合微腔的热电堆窄带探测器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于等离激元复合微腔的热电堆窄带探测器及其制备方法，属于热红外探测领域。本发明采用介质材料作为微腔，共振主要存在于微腔中，解决了以往采用金属材料而带来的损耗问题，大大提升了吸收曲线的Q值，提升了探测效率，并且能够在近中红外波段范围内实现对特定波段的窄带热探测。将等离激元复合微腔与热电堆结合，通过调整等离激元复合微腔的尺寸大小，实现可调控的窄带吸收；同时结合现今热电堆的成熟工艺，采用标准的半导体加工工艺，可实现本发明中热电堆红外窄带探测器的规模化集成化生产，简化了热探测器工艺流程，大幅度降低制造成本。
Description
技术领域
本发明属于热电堆红外探测器领域，更具体地，涉及一种基于等离激元复合微腔的热电堆窄带探测器及其制备方法。
背景技术
热红外探测是一项应用广泛的技术。与光电探测相比，热红外探测成本低，制备工艺简单，无需制冷；但是热红外探测不具备波长选择性，这一劣势限制了热红外探测器的应用。
与传统红外探测器相比，超构窄带探测器的成本低，工艺流程简单。与传统热探测器相比，超构窄带探测器将超结构技术与探测器结合，代替传统的分离式滤光片——探测器组合，将光能、热能与电能相互转化，实现探测，大幅度减小了探测器的体积。而且超构窄带探测器具有波长选择性，可针对不同物质吸收光谱设计不同的超结构尺寸，实现多物质同时探测，且探测灵敏度高，可弥补热探测器检测波长单一、灵敏度较低的不足。
但是一般超结构窄带探测器采用的超结构是金属-介质-金属(MIM)结构，共振主要发生在表面金属中，而且由于金属本身存在固有损耗，所以这种超结构窄带探测器的品质因数Q较低，一般在20左右。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于等离激元复合微腔的热电堆窄带探测器及其制备方法，其目的改进热红外探测的缺陷，并解决以往采用金属材料带来的热损耗缺陷。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于等离激元复合微腔的热电堆窄带探测器，包括等离激元复合微腔和电热堆；等离激元复合微腔制作在电热堆中间；
等离激元复合微腔，将所吸收波段的光能转化成热能；
热电堆，将热能转化为电能；
其中，等离激元复合微腔包括金属薄层、介质微腔和金背板；金属薄层包裹在介质微腔表面，金背板设置于介质微腔底部；
金属薄层，使等离激元复合微腔具有角度稳定性，同时使光耦合进介质微腔；
介质微腔，使特定波段入射光在其内部发生共振，将所吸收波段的光能转化成热能；通过调整介质微腔单元的尺寸与周期调控共振波段范围，实现对于不同波段范围光的选择性吸收；
金背板，用于保证等离激元复合微腔的透射率为0％。
进一步地，选择性吸收的波段范围为2-7um。
进一步地，介质微腔由纳米或微米级别介质周期性阵列组成。
进一步地，介质微腔为周期圆柱结构，周期圆柱厚度与吸收波长范围相关，厚度范围为200～1200nm。
进一步地，介质微腔为介质层叠加周期圆柱结构，其中，介质层、周期圆柱厚度均与吸收波长范围相关；周期圆柱厚度为200～1200nm，介质层厚度为150～1000nm。
进一步地，金属薄层厚度为12nm～30nm。
进一步地，金属薄层厚度为20nm。
针对于周期圆柱结构的介质微腔，上述窄带探测器的制备方法，包括：
S1.在硅片背面生长氮化硅，获得第一半成品；
S2.在第一半成品沉积氮化硅介质层，获得第二半成品；
S3.在第二半成品上正面制备热电堆，获得第三半成品；
S4.在第三半成品上正面生长一层金，获得第四半成品；
S5.在第四半成品上正面沉积一层介质，具体厚度与选择性吸收波段范围有关，获得第五半成品；
S6.在第五成品上正面进行刻蚀，得到介质微腔，获得第六半成品；
S7.在第六半成品上正面生长金属薄膜，获得第七半成品；
S8.在第七半成品上背面的氮化硅层刻蚀出得到湿法腐蚀的掩模层，获得第八半成品；
S9.在第八半成品上背面进行硅衬底的湿法腐蚀释放，至此得到成型的集成等离激元复合微腔的热电堆探测器阵列。
针对于介质层叠加周期圆柱结构的介质微腔，上述窄带探测器的制备方法，包括：
S1.在硅片背面生长氮化硅，获得第一半成品；
S2.在第一半成品沉积氮化硅介质层，获得第二半成品；
S3.在第二半成品上正面制备热电堆，获得第三半成品；
S4.在第三半成品上正面生长一层金，获得第四半成品；
S5.在第四半成品上正面沉积等离激元复合微腔中介质微腔的介质层，具体厚度与选择性吸收波段范围有关，获得第五半成品；
S6.在第五成品上正面沉积一层介质，具体厚度与选择性吸收波段范围有关，获得第六半成品；
S7.在第六半成品上正面进行刻蚀，得到介质微腔的周期圆柱结构，获得第七半成品；
S7.在第七半成品上正面生长金属薄膜，获得第八半成品；
S8.在第八半成品上背面的氮化硅层刻蚀出得到湿法腐蚀的掩模层，获得第九半成品；
S9.在第九半成品上背面进行硅衬底的湿法腐蚀释放，至此得到成型的集成等离激元复合微腔的热电堆探测器阵列。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果。
(1)本发明采用介质材料作为微腔材料，解决了由于金属材料而带来的损耗问题，大大提升了吸收曲线的Q值，提升了探测效率，并且能够在近中红外波段范围内实现对特定波段的窄带热探测。
(2)本申请将等离激元复合微腔与热电堆结合，利用等离激元复合微腔可对电磁波选择性吸收的特性，通过调整等离激元复合微腔的尺寸大小，实现可调控的窄带吸收，且等离激元复合微腔吸收效率高，可达90％以上；同时结合现今热电堆的成熟工艺，采用标准的半导体加工工艺，可实现本发明中热电堆红外窄带探测器的规模化集成化生产，简化了热探测器工艺流程，大幅度降低制造成本。
(3)本发明中热电堆红外窄带吸收探测器体积小，单个探测器的大小为1.5mm*1.5mm，可多个波段探测集成，设计巧妙，应用范围广，有利于该技术的推广与普及。
附图说明
图1是本发明实施例中基于等离激元复合微腔的热电堆窄带探测器的三维图；
图2是本发明实施例中基于等离激元复合微腔的热电堆窄带探测器的整体结构图，其中介质微腔采用的是周期圆柱微腔结构，周期圆柱微腔材料为硅，热电堆采用硅-铝热偶；
图3是本发明实施例中基于等离激元复合微腔的热电堆窄带探测器的整体结构图，其中介质微腔采用的是介质层叠加周期圆柱微腔结构，介质层材料为二氧化硅，周期圆柱微腔材料为硅，热电堆采用硅-铝热偶；
图4是本发明实施例中基于等离激元复合微腔的热电堆窄带探测器实施例1的红外吸收光谱图；
图5是本发明实施例中基于等离激元复合微腔的热电堆窄带探测器实施例2的红外吸收光谱图；
图6是本发明实施例中基于等离激元复合微腔的热电堆窄带探测器实施例3的红外吸收光谱图；
图7是本发明实施例中基于等离激元复合微腔的热电堆窄带探测器实施例4的红外吸收光谱图；
图8是本发明实施例中基于等离激元复合微腔的热电堆窄带探测器实施例5的红外吸收光谱图；
图9是本发明实施例中基于等离激元复合微腔的热电堆窄带探测器实施例6的红外吸收光谱图；
图10是本发明实施例中基于等离激元复合微腔的热电堆窄带探测器实施例7的红外吸收光谱图；
图11是本发明实施例中基于等离激元复合微腔的热电堆窄带探测器实施例8的红外吸收光谱图；
图12是本发明实施例中基于等离激元复合微腔的热电堆窄带探测器实施例9的红外吸收光谱图；
图13是本发明实施例中基于等离激元复合微腔的热电堆窄带探测器实施例10的红外吸收光谱图；
其中，1表示金属薄层、2,10表示介质微腔、3表示金背板，4表示第一保护层、5表示第一热电偶条、6表示第二保护层、7表示第二热电偶条、8表示支撑隔热层，9表示悬空硅衬底。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供的一种基于等离激元复合微腔的热电堆窄带探测器，三维结构参考图1，包括等离激元复合微腔和电热堆；等离激元复合微腔制作在电热堆中间；
等离激元复合微腔是指将等离激元与微腔组合，通过调整等离激元复合微腔的结构尺寸，可以实现对电磁波的选择性吸收。等离激元由微腔外围的金属激发，将电磁波耦合进入微腔之中，并且保证整个等离激元复合微腔的角度稳定性。微腔一般由介质组成，电磁波共振发生在微腔内部，这样避免了由金属材料带来的损耗，可以大幅度提升品质因数。
将等离激元复合微腔与热红外探测结合，不仅可改进热红外探测的缺陷，还可以避免大部分由于金属材料带来的固有损耗，提升探测器的Q值，目前还没有其他学者提出将等离激元复合微腔与热红外探测结合。
其中，等离激元复合微腔包括金属薄层、介质微腔和金背板；金背板设置于介质微腔底部；
金属薄层包裹在介质微腔表面，能够使等离激元复合微腔具有角度稳定性，同时其厚度设置为12nm～30nm，从而使光耦合进介质微腔，考虑制备工艺、光吸收率等因素，优选为20nm；
介质微腔，使特定波段入射光在其内部发生共振，将所吸收波段的光能转化成热能；通过调整介质微腔单元的尺寸与周期，调控共振波段范围，实现对于不同波段范围光的选择性吸收；
热电堆自上而下包括第一保护层、第一热电偶条、第二保护层、第二热电偶条、支撑隔热层以及悬空硅衬底；热电堆将热能转化为电能；通过检测热电堆电信号，可推断所测量波段范围光强度。
金属薄层材料一般采用但不限于金。
介质微腔材料可选择但不限于二氧化硅、硅、氮化硅与锗等；结构可采用周期圆柱或介质层叠加周期圆柱等；周期圆柱结构厚度为200～1200nm，厚度与吸收波长范围有关；介质层加周期圆柱结构中周期圆柱厚度为200～1200nm，厚度与吸收波长范围有关，介质层厚度为150～1000nm，厚度与吸收波长范围有关。通过调控微腔单元结构尺寸，可改变选择性吸收的波段范围。例如，采用周期圆柱微腔结构，圆柱材料采用硅，硅柱的高为600nm，半径为425nm，周期为1360nm；金属薄层采用金，厚度为25nm，金背板厚度为100nm，吸收峰值波长为2.675um，吸收峰值为96％。而改变周期圆柱微腔结构尺寸，硅柱的高为850um，半径为700nm，周期为1940nm，吸收峰值波长为4.223um，吸收峰值为95％。采用介质层叠加周期圆柱微腔结构，介质层材料采用二氧化硅，介质层厚度为870nm，圆柱材料采用硅，硅柱的高为600nm，半径为300nm，周期为1100nm；金属薄层采用金，厚度为15nm，金背板厚度为100nm，吸收峰值波长为2.75um，吸收峰值为91％。而改变介质层叠加周期圆柱微腔结构尺寸，介质层厚度为1400nm，硅柱的高为1000um，半径为530nm，周期为2000nm，吸收峰值波长为4.23um，吸收峰值为93％。
金背板用于保证等离激元复合微腔的透射率为0％，材料厚度为80～200nm，优选为100nm。
热电堆为两种不同金属或半导体，或一种金属，一种半导体连接成热电偶，然后将N个这样的热电偶串联在一起，形成热电堆。热电堆上方等离激元复合微腔传下来的热能被热电堆热结区(加热连接点)接收，温度上升，冷结区(不加热连接点)温度不变，在热端和冷端形成温度梯度，在冷端产生温差电动势。
热电堆电偶条可以采用但不限于硅-铝热偶、硅-金热偶与铋-锑热偶等，厚度为300～800nm，以热电堆的一对导电材料选择为多晶硅-铝为例，热电偶硅条优选为400nm，热电偶铝条优选为500nm。。
第一保护层(表面保护层)以及不同材料热电偶条中间保护层(第二保护层)的材料可用但不限于二氧化硅等，厚度为300～800nm，优选为500nm。
支撑隔热层材料可用但不限于氮化硅等，厚度为300～800nm，优选为500nm。
现有的MIM结构实现对电磁波选择性吸收的原因主要是局域表面等离激元谐振在上下两层金属之间谐振的耦合，上下两层金属形成平板等效电容并在上下两层金属之间形成等效电流回路，其电场主要在表层金属边缘，磁场集中在平板中间的介质层中。本发明中等离激元复合微腔实现对电磁波选择性吸收的原因主要是电磁波耦合进入介质谐振腔内，并且与介质谐振腔结构尺寸相匹配的电磁波将会在介质谐振腔内发生共振，其电场与磁场均集中在介质谐振腔内部。说明本发明的等离激元复合微腔与现有MIM结构有着本质区别。本发明中等离激元复合微腔由于不存在大量金属固有损耗，吸收曲线的品质因数更高。
为了进一步验证本发明探测器有效性，提供以下实施例：
实施例1，本发明中基于等离激元复合微腔的热电堆窄带探测器，整个结构单元包括金属薄层1、介质微腔2、金背板3、第一保护层4、第一热电偶条5、第二保护层6、第二热电偶条7、支撑隔热层8以及悬空硅衬底9，热电堆的一对导电材料选择为多晶硅-铝，介质微腔采用的是周期圆柱微腔结构，材料选择硅，具体如图2所示。金属薄层1采用材料为金，厚度为25nm，介质微腔2中硅柱的高为600nm，半径为480nm，周期为1540nm，金背板3厚度为100nm、第一保护层4厚度为500nm，第一热电偶条5(硅条)厚度为400nm，第二保护层6厚度为500nm，第二热电偶条7(铝条)厚度为500nm，支撑隔热层8厚度为1.8um。通过数值软件仿真，得到探测器红外吸收谱，如图4所示，吸收峰值波长为3um，吸收率达到95％，计算得到品质因数Q值为68；
实施例2，本发明中基于实施例1，介质微腔2中硅柱的高为600nm，半径为525nm，周期为1620nm。通过数值软件仿真，得到探测器红外吸收谱，如图5所示，吸收峰值波长为3.265um，吸收率达到95％，计算得到品质因数Q值为72；
实施例3，本发明中基于实施例1，介质微腔2中硅柱的高为850nm，半径为745nm，周期为1950nm。通过数值软件仿真，得到探测器红外吸收谱，如图6所示，吸收峰值波长为4.473um，吸收率达到95％，计算得到品质因数Q值为74；
实施例4，本发明中基于实施例1，介质微腔2中硅柱的高为850nm，半径为825nm，周期为1950nm。通过数值软件仿真，得到探测器红外吸收谱，如图7所示，吸收峰值波长为4.932um，吸收率达到94％，计算得到品质因数Q值为67；
实施例5，本发明中基于实施例1，介质微腔2中硅柱的高为1100nm，半径为968nm，周期为2370nm。通过数值软件仿真，得到探测器红外吸收谱，如图8所示，吸收峰值波长为5.73um，吸收率达到95％，计算得到品质因数Q值为70；
实施例6，本发明中基于实施例1，介质微腔2中硅柱的高为1100nm，半径为1047nm，周期为2420nm。通过数值软件仿真，得到探测器红外吸收谱，如图9所示，吸收峰值波长为6.2um，吸收率达到95％，计算得到品质因数Q值为71；
实施例7，本发明中基于等离激元复合微腔的热电堆窄带探测器，整个结构单元包括金属薄层1、介质微腔10、金背板3、第一保护层4、第一热电偶条5、第二保护层6、第二热电偶条7、支撑隔热层8以及悬空硅衬底9，热电堆的一对导电材料选择为多晶硅-铝，介质微腔采用的是介质层叠加周期圆柱微腔结构，介质层材料选择二氧化硅，圆柱材料选择硅，具体如图3所示。金属薄层1采用材料为金，厚度为15nm，介质微腔10中硅柱的高为600nm，半径为250nm，周期为900nm，介质层厚度为860nm，金背板3厚度为100nm、第一保护层4厚度为500nm，第一热电偶条5(硅条)厚度为400nm，第二保护层6厚度为500nm，第二热电偶条7(铝条)厚度为500nm，支撑隔热层8厚度为1.8um。通过数值软件仿真，得到探测器红外吸收谱，如图10所示，吸收峰值波长为2.68um，吸收率达到92％，计算得到品质因数Q值为46；
实施例8，本发明中基于实施例7，介质微腔10中硅柱的高为800nm，半径为400nm，周期为1300nm，介质层厚度为1180nm。通过数值软件仿真，得到探测器红外吸收谱，如图11所示，吸收峰值波长为3.59um，吸收率达到96％，计算得到品质因数Q值为65；
实施例9，本发明中基于实施例7，介质微腔10中硅柱的高为1000nm，半径为500nm，周期为2000nm，介质层厚度为1400nm。通过数值软件仿真，得到探测器红外吸收谱，如图12所示，吸收峰值波长为4.19um，吸收率达到93％，计算得到品质因数Q值为91；
实施例10，本发明中基于实施例7，介质微腔10中硅柱的高为1000nm，半径为600nm，周期为2200nm，介质层厚度为1400nm。通过数值软件仿真，得到探测器红外吸收谱，如图13所示，吸收峰值波长为4.3m，吸收率达到90％，计算得到品质因数Q值为83。
本发明结合本发明中等离激元复合微腔与热电堆，实现了热红外探测在近红外波段具备波长选择性，可在2-7um可调。以往采用金属等离激元复合微腔会带来热损耗缺陷，品质因数Q值在20左右，而本发明中品质因数Q值可以达到45以上，合理优化参数，部分品质因数Q值可以达到90甚至更高，且保证吸收率可达90％以上。说明本发明中基于等离激元复合微腔的热电堆窄带探测器损耗小，吸收带宽窄，吸收率高。
以采用硅-铝热偶与周期圆柱微腔结构为例，周期圆柱微腔材料为硅，制备上述基于等离激元复合微腔热电堆红外窄带吸收探测器的方法包括如下步骤：
S1.在N型硅片背面热氧化生长氮化硅，作为硅衬底湿法腐蚀掩模层，厚度为1.8μm，获得第一半成品；
S2.在第一半成品上正面通过PECVD沉积一层500nm厚氮化硅介质层，获得第二半成品；
S3.在第二半成品上正面继续通过PECVD沉积一400nm厚的多晶硅层，获得第三半成品；
S4.在第三半成品上正面多晶硅离子注入掺杂，获得第四半成品；
S5.在第四半成品上正面通过光刻1和RIE干法刻蚀，制作热电偶硅条，获得第五半成品；
S6.在第五半成品上正面生长500nm厚二氧化硅保护层，将多晶硅和铝层隔开，进行光刻2，获得第六半成品；
S7.在第六半成品上正面用ICP干法刻蚀，将多晶硅与铝条接触的地方的二氧化硅刻蚀穿，获得第七半成品；
S8.在第七半成品上正面溅射500nm厚金属铝，进行光刻3，获得第八半成品；
S9.在第八半成品上正面用RIE刻蚀出相应的热电偶铝条，获得第九半成品；
S10.在第九半成品上正面生长500nm厚二氧化硅保护层，将热电堆保护起来，基本完成热电堆的结构，获得第十半成品；
S11.在第十半成品上正面进行光刻4，再ICP干法刻蚀二氧化硅，将铝的两个电极露出，获得第十一半成品；
S12.在第十一半成品上正面进行光刻5，再通过电子束蒸发一层100nm厚金层，作为金背板，获得第十二半成品；
S13.在第十二半成品上正面通过磁控溅射沉积一层硅，具体厚度与选择性吸收波段范围有关，获得第十三半成品；
S14.在第十三半成品上正面进行光刻7与干法刻蚀，将铝电极处生长的硅蚀刻蚀穿，露出电极，获得第十四半成品；
S15.在第十四半成品上正面进行电子束曝光，通过电子束蒸发生长一层50nm厚铝层，作为硬掩模层，获得第十五半成品；
S16.在第十五半成品上正面进行干法刻蚀，并采用湿法腐蚀去除表面铝层，得到纳米硅柱阵列结构，完成介质微腔制作，获得第十六半成品；
S17.在第十六半成品上正面进行光刻8与电子束蒸发，生长一层20nm厚金，剥离得到等离激元复合微腔中金属薄层，获得第十七半成品；
S18.在第十七半成品上背面的氮化硅掩模层干法刻蚀出得到湿法腐蚀的掩模层，至此完成热电堆正面结构加吸收体结构，获得第十八成品；
S19.在第十八半成品上正面涂光刻胶将热电堆保护，获得第十九半成品；
S20.在第十九半成品上背面进行硅衬底的湿法腐蚀释放，至此得到成型的集成等离激元复合微腔的热电堆探测器阵列。
以采用硅-铝热偶、介质层叠加周期圆柱微腔结构为例，介质层材料为二氧化硅，周期圆柱微腔结构材料为硅，制备上述热电堆红外窄带吸收探测器的方法包括如下步骤：
S1.在N型硅片背面热氧化生长氮化硅，作为硅衬底湿法腐蚀掩模层，厚度为1.8μm，获得第一半成品；
S2.在第一半成品上正面通过PECVD沉积一层500nm厚氮化硅介质层，获得第二半成品；
S3.在第二半成品上正面继续通过PECVD沉积一400nm厚的多晶硅层，获得第三半成品；
S4.在第三半成品上正面多晶硅离子注入掺杂，获得第四半成品；
S5.在第四半成品上正面通过光刻1和RIE干法刻蚀，制作热电偶硅条，获得第五半成品；
S6.在第五半成品上正面生长500nm厚二氧化硅保护层，将多晶硅和铝层隔开，进行光刻2，获得第六半成品；
S7.在第六半成品上正面用ICP干法刻蚀，将多晶硅与铝条接触的地方的二氧化硅刻蚀穿，获得第七半成品；
S8.在第七半成品上正面溅射500nm厚金属铝，进行光刻3，获得第八半成品；
S9.在第八半成品上正面用RIE刻蚀出相应的热电偶铝条，获得第九半成品；
S10.在第九半成品上正面生长500nm厚二氧化硅保护层，将热电堆保护起来，基本完成热电堆的结构，获得第十半成品；
S11.在第十半成品上正面进行光刻4，再ICP干法刻蚀二氧化硅，将铝的两个电极露出，获得第十一半成品；
S12.在第十一半成品上正面进行光刻5，再通过电子束蒸发一层100nm厚金层，作为金背板，获得第十二半成品；
S13.在第十二半成品上正面通过PECVD沉积一层二氧化硅作为等离激元复合微腔中微腔结构的介质层，具体厚度与选择性吸收波段范围有关，获得第十三半成品；
S14.在第十三半成品上正面进行光刻6与干法刻蚀，将铝电极处生长的二氧化硅蚀刻蚀穿，露出电极，获得第十四半成品；
S15.在第十四半成品上正面通过磁控溅射沉积一层硅，具体厚度与选择性吸收波段范围有关，获得第十五半成品；
S16.在第十五半成品上正面进行光刻7与干法刻蚀，将铝电极处生长的硅蚀刻蚀穿，露出电极，获得第十六半成品；
S17.在第十六半成品上正面进行电子束曝光，通过电子束蒸发生长一层50nm厚铝层，作为硬掩模层，获得第十七半成品；
S18.在第十七半成品上正面进行干法刻蚀，并采用湿法腐蚀去除表面铝层，得到纳米硅柱阵列结构，完成介质微腔制作，获得第十八半成品；
S19.在第十八半成品上正面进行光刻8与电子束蒸发，生长一层20nm厚金，剥离得到等离激元复合微腔中金属薄层，获得第十九半成品；
S20.在第十九半成品上背面的氮化硅掩模层干法刻蚀出得到湿法腐蚀的掩模层，至此完成热电堆正面结构加吸收体结构，获得第二十半成品；
S21.在第二十半成品上正面涂光刻胶将热电堆保护，获得第二十一半成品；
S22.在第二十一半成品上背面进行硅衬底的湿法腐蚀释放，至此得到成型的集成等离激元复合微腔吸收体的热电堆探测器阵列。
通过以上两种工艺流程可以证明，本发明可结合热电堆工艺发展成熟这一特点，采用半导体生产工艺，实现规模化集成化生产。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于等离激元复合微腔的热电堆窄带探测器，其特征在于，包括等离激元复合微腔和电热堆；等离激元复合微腔制作在热电堆中间；
等离激元复合微腔，将所吸收波段的光能转化成热能；
热电堆，将热能转化为电能；
其中，等离激元复合微腔包括金属薄层(1)、介质微腔(2，10)和金背板(3)；金属薄层包裹在介质微腔表面，金背板设置于介质微腔底部；
金属薄层(1)，使等离激元复合微腔具有角度稳定性，同时使光耦合进介质微腔；
介质微腔(2，10)，使特定波段入射光在其内部发生共振，将所吸收波段的光能转化成热能；通过调整介质微腔单元的尺寸与周期调控共振波段范围，实现对于不同波段范围光的选择性吸收，介质微腔(2，10)材料为二氧化硅、硅、氮化硅或锗；
介质微腔为周期圆柱结构，周期圆柱厚度与吸收波长范围相关，厚度范围为200～1200nm；
或者，介质微腔为介质层叠加周期圆柱结构，介质层、周期圆柱厚度均与吸收波长范围相关，周期圆柱厚度为200～1200nm，介质层厚度为150～1000nm；
金背板(3)，用于保证等离激元复合微腔的透射率为0％。
2.根据权利要求1所述的一种基于等离激元复合微腔的热电堆窄带探测器，其特征在于，选择性吸收的波段范围为2-7um。
3.根据权利要求2所述的一种基于等离激元复合微腔的热电堆窄带探测器，其特征在于，介质微腔由纳米或微米级别介质周期性阵列组成。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于等离激元复合微腔的热电堆窄带探测器，其特征在于，金属薄层(1)厚度为12nm～30nm。
5.根据权利要求4所述的一种基于等离激元复合微腔的热电堆窄带探测器，其特征在于，金属薄层(1)厚度为20nm。
6.一种权利要求1所述窄带探测器的制备方法，其特征在于，介质微腔为周期圆柱结构，方法包括：
S1.在硅片背面生长氮化硅，获得第一半成品；
S2.在第一半成品沉积氮化硅介质层，获得第二半成品；
S3.在第二半成品上正面制备热电堆，获得第三半成品；
S4.在第三半成品上正面生长一层金，获得第四半成品；
S5.在第四半成品上正面沉积一层介质，具体厚度与选择性吸收波段范围有关，获得第五半成品；
S6.在第五半成品上正面进行刻蚀，得到介质微腔，获得第六半成品；
S7.在第六半成品上正面生长金属薄膜，获得第七半成品；
S8.在第七半成品上背面的氮化硅层刻蚀得到湿法腐蚀的掩模层，获得第八半成品；
S9.在第八半成品上背面进行硅衬底的湿法腐蚀释放，至此得到成型的集成等离激元复合微腔的热电堆探测器阵列。
7.一种权利要求1所述窄带探测器的制备方法，其特征在于，介质微腔为介质层叠加周期圆柱结构，方法包括：
S1.在硅片背面生长氮化硅，获得第一半成品；
S2.在第一半成品沉积氮化硅介质层，获得第二半成品；
S3.在第二半成品上正面制备热电堆，获得第三半成品；
S4.在第三半成品上正面生长一层金，获得第四半成品；
S5.在第四半成品上正面沉积等离激元复合微腔中介质微腔的介质层，具体厚度与选择性吸收波段范围有关，获得第五半成品；
S6.在第五半成品上正面沉积一层介质，具体厚度与选择性吸收波段范围有关，获得第六半成品；
S7.在第六半成品上正面进行刻蚀，得到介质微腔的周期圆柱结构，获得第七半成品；
S7.在第七半成品上正面生长金属薄膜，获得第八半成品；
S8.在第八半成品上背面的氮化硅层刻蚀得到湿法腐蚀的掩模层，获得第九半成品；
S9.在第九半成品上背面进行硅衬底的湿法腐蚀释放，至此得到成型的集成等离激元复合微腔的热电堆探测器阵列。
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