一种复合吸收膜层非制冷红外焦平面及制作方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109813446A(43)申请公布日2019.05.28(21)申请号201910099928.2(22)申请日2019.01.31(71)申请人中国科学院长春光学精密机械与物理研究所地址130033吉林省长春市东南湖大路3888号(72)发明人梁中翥孟德佳陶金吕金光秦余欣梁静秋张宇昊罗奕史晓燕(74)专利代理机构长春众邦菁华知识产权代理有限公司22214代理人李青(51)Int.Cl.G01J5/20(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种复合吸收膜层非制冷红外焦平面及制作方法(57)摘要一种复合吸收膜层非制冷红外焦平面及制作方法涉及红外探测与成像技术领域，解决现有非制冷焦平面为实现高吸收率而增大吸收层厚度、等效热容增大引起的性能降低等问题。该焦平面包括多个像元组成的阵列，每个像元由下至上依次包括：读出电路为具备放大和降低噪声功能的硅基或者锗基CMOS集成电路，在CMOS集成电路设置读出电极对；绝热微桥包括微桥面、两个微支撑结构和两个微悬臂梁；热敏电阻层为温度电阻系数的绝对值高于2％的材料；读出电极通过通孔与热敏电阻层连接；钝化绝缘层保护热敏电阻层；复合吸收膜层包括金属层、介质层和金属微阵列，本发明的所涉及的制作方法与传统非制冷红外探测器加工工艺兼容，工艺简单，有利于大规模低成本制备。CN109813446ACN109813446A权利要求书1/1页1.一种复合吸收膜层非制冷红外焦平面，其特征在于，该焦平面由像元阵列组成，每个像元由下至上依次包括：读出电路，所述读出电路为具备放大和降低噪声功能的硅基或者锗基CMOS集成电路，在所述CMOS集成电路制作与像元阵列位置对应的电极对；绝热微桥，所述绝热微桥包括微桥面、两个微支撑结构和两个微悬臂梁；所述微悬臂梁一端连接微桥面，另一端连接微支撑结构，所述微支撑结构内部设有接触孔，每个接触孔设置在一个电极上，所述绝热微桥表面和内部设有金属电极；热敏电阻层，所述热敏电阻层为温度电阻系数的绝对值高于2％的材料；所述电极对通过位于所述接触孔、微悬臂梁和微桥面的金属电极与热敏电阻层连接；钝化绝缘层，所述钝化绝缘层保护热敏电阻层，并且将热敏电阻与吸收膜层绝缘；复合吸收膜层，所述复合吸收膜层包括金属层、介质层和金属微阵列，其中介质层为红外波段低损耗材料；所述复合吸收膜层通过所述钝化绝缘层与所述热敏电阻层绝缘，所述金属微阵列为周期性亚波长结构，所述金属微阵列上每个金属单元为正方形或者等相同结构的十字形亚波长结构组合而成形。2.根据权利要求1所述的一种复合吸收膜层非制冷红外焦平面，其特征在于，所述金属微阵列上为正方形单元，边长为1微米，能够捕获8微米附近的红外辐射。3.根据权利要求1所述的一种复合吸收膜层非制冷红外焦平面，其特征在于，所述金属微阵列上为十字形单元，长边长为2微米，短边长为1微米，能够捕获9微米附近的红外辐射。4.基于权利要求1所述的一种复合吸收膜层非制冷红外焦平面的制作方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一：清洗含有CMOS集成电路的衬底，制备50～1000nm氧化硅作为绝缘层及平坦层，在所述绝缘层及平坦层上制作CMOS电极图形，刻蚀氧化硅露出所述电极对，完成读出电路平坦化；步骤二：在步骤一所述读出电路上采用聚酰亚胺或者多孔硅制作厚度1000-5000nm的牺牲层，在所述牺牲层上制作接触孔，露出电极；步骤三：在步骤二所述的牺牲层上制备厚度为200-800nm氮化硅薄膜，在所述氮化硅薄膜上制作绝热微桥图形，形成绝热微桥；步骤四：在步骤三所述绝热微桥图形上蒸镀厚度为150-300nm的金属材料，制作绝热微桥金属电极图形，剥离多余的其他部分金属；蒸镀厚度100-800nm金属材料，制作接触孔图形，剥离多余的其他部分金属，形成连接电极对和热敏电阻层的金属电极；步骤五：在步骤四所述的绝热微桥的微桥面上制作厚度为50-200nm的热敏面电阻层；步骤六：在步骤五所述的热敏面电阻层上制作厚度为20-200nm钝化绝缘层；步骤七：在步骤六所述的钝化绝缘层上分别制备30-200nm金属层和50-300nm介质层；步骤八：在步骤七所述的介质层上蒸镀金属30-200nm，采用电子束曝光方式制备亚波长结构，剥离多余的金属，形成金属微阵列；步骤九：去除牺牲层，形成非制冷红外焦平面，完成了复合吸收膜层非制冷红外焦平面的制作方法。2CN109813446A说明书1/5页一种复合吸收膜层非制冷红外焦平面及制作方法技术领域[0001]本发明涉及红外探测与成像技术领域，尤其涉及一种复合吸收膜层非制冷红外焦平面及制作方法。背景技术[0002]在军事应用的需求和推动下，作为红外成像系统的核心部件，红外探测器在过去的