一种垂直结构热电红外探测器及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115867104A(43)申请公布日2023.03.28(21)申请号202211545948.6(22)申请日2022.11.30(71)申请人南昌大学地址330000江西省南昌市红谷滩新区学府大道999号(72)发明人王启胜冷康敏王立(74)专利代理机构北京众合诚成知识产权代理有限公司11246专利代理师王焕巧(51)Int.Cl.H10N10/81(2023.01)H10N10/851(2023.01)H10N10/852(2023.01)H10N10/01(2023.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种垂直结构热电红外探测器及其制备方法(57)摘要本发明提供了一种垂直结构热电红外探测器及其制备方法。所述垂直结构直接集成在衬底上，所述衬底上设置有金属电极，将垂直结构阵列底部互联作为共地电极；所述垂直结构由热电材料层构成，作为整个红外探测器的光敏部位；所述垂直结构被透明绝缘层覆盖并在顶部开孔，设置有金属引出电极，用于信号传输。本发明像元间距小，红外光响应灵敏度高，信噪比大，可实现超大像素焦平面阵列制备。本发明制备成本低，对材料单晶性要求低，器件结构微小，操作简单。CN115867104ACN115867104A权利要求书1/1页1.一种垂直结构热电红外探测器，其特征在于：所述垂直结构直接集成在衬底上，所述衬底上设置有金属电极，将垂直结构阵列底部互联作为共地电极；所述垂直结构由热电材料层构成，作为整个红外探测器的光敏部位；所述垂直结构被绝缘层部分覆盖，顶部设置有金属引出电极，用于信号传输。2.一种如权利要求1所述的垂直结构热电红外探测器的制备方法，其特征在于：包括金属电极及绝缘层制备和热电材料生长；所述衬底包括单晶硅、单晶钛酸锶、单晶氟化钡、硅/二氧化硅衬底；所述金属电极及绝缘层制备，采用蒸镀技术或磁控溅射技术其中的一种；所述金属电极及绝缘层的制备环境满足真空度＜10‑3Pa；所述热电材料生长包括以下步骤：步骤1、衬底清洗，将衬底浸泡于无水乙醇，并超声清洗0.1～10小时，用去离子水去除衬底上的残留物，使用惰性气体或氮气吹干；步骤2、材料配置，根据衬底尺寸，每平方厘米配置0.1克～0.3克的材料前驱粉末，放置在石英坩埚中；步骤3、化学气相沉积，包括调节衬底和材料在化学气相沉积炉中的位置，控制炉体真空度达到预定值，通入一定气流量的氩气或氮气，按照设定加热过程完成生长；所述热电材料使具有垂直结构的红外探测器基于热电效应工作，材料种类包括碲化铋及其合金、碲化铅及其合金、硅锗合金、硒化铅、硒硫铅、硫化铅中至少一种；红外探测器像元阵列排布，使用晶圆级技术在热电材料的基础上进行刻蚀，所制像元间距为3μm～10μm，像素焦平面阵列根据需求制备1像素×1像素到300像素×300像素之间的阵列。3.根据权利要求2所述的垂直结构热电红外探测器的制备方法，其特征在于：在生长的热电材料薄膜上采用光刻形成掩膜，并通过氩离子束刻蚀3min～20min形成垂直结构；由热电材料组成的垂直结构为圆柱、方柱或多棱柱，圆柱直径、方柱或多棱柱的外接圆直径为3μm～300μm，高度为50nm～1500nm。4.根据权利要求2所述的垂直结构热电红外探测器的制备方法，其特征在于：所述衬底的厚度为0.1mm～30mm，所述衬底的尺寸，其宽度为1mm～30mm，长度为1mm～30mm。5.根据权利要求2所述的垂直结构热电红外探测器的制备方法，其特征在于：所述金属电极尺寸为，厚度30nm～500nm，宽度0.7μm～3mm，长度1μm～3cm；所述金属电极为铜、铝、金、银、铬、镉、镍、钛、铂中的至少一种。6.根据权利要求2所述的垂直结构热电红外探测器的制备方法，其特征在于：步骤3中，所述气流量为50sccm～450sccm，设定加热参数，包括起始温度、终止温度，加热时间，温度维持时间，所述起始温度为室温，所述终止温度为500℃～900℃，所述加热时间为30分钟～120分钟，所述温度维持时间在1分钟～1小时。7.根据权利要求2所述的垂直结构热电红外探测器的制备方法，其特征在于：所述绝缘层尺寸为，厚度30nm～1000nm，宽度10μm～3cm，长度10μm～3cm；所述绝缘层材料为氧化硅、氧化钛、氮化硅中的至少一种。2CN115867104A说明书1/4页一种垂直结构热电红外探测器及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及红外探测器技术领域，具体涉及一种垂直结构热电红外探测器及其制备方法。背景技术[0002]红外探测器可实现夜视、测温、穿透云雾等功能，军民两用空间广阔，而传统的红外探测器通常对工作环境温度要求较高，需要制冷达到较低温度，且制备成本高，系统较为复杂，不利于实际应用。根据红外辐射