[发明专利]一种用于光调制热成像系统的芯片及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于光调制热成像系统的芯片及制作方法，属于微电子机械系统领域。

背景技术

红外成像系统可分为热成像系统和量子型成像系统。在800～3000米的范围内，热成像系统是观测效果最好的非可见光成像系统，昼夜可用，是未来战争中实现全天候作战的重要工具，另外在民用方面也有广泛的应用。热成像系统最大的优点在于可以在室温下工作，不象量子型成像系统需要笨重的制冷系统。热成像系统对隔热性能要求极高，微电子机械技术(MEMS)在制作绝热性能良好的悬空结构具有独特的优势，随着MEMS技术的发展，热—电阻型，如Nadim Maluf，An Introduction to Microeletromechanical SystemEngineering，London：Artech house Boston London，1999，134～135；热—电容型，如Samoffdevelops micromachined low noise infrared imaging array(http：//www.sarcon.com/news_&_info/micromachined060197.htm)；热电偶型，如D.T.Chang，D.M.Chen，F.H.Lin，W.J.Kaiser，O.M.Stafsudd，CMOS Integrated Infrared Sensor，Proceedings of the 1997Intemational Conference on Solid-State Sensors and Actuators(Transducers′97)，vol.2，pp.1259-1262，1997等热成像系统均已相继被报道，其共同特点是利用红外的热效应，用MEMS技术制作绝热性能良好的敏感元件，它们是先将红外信号转化为电信号，最后用CMOS电路检测电信号从而得到图像信号。但复杂的信号读取电路使得器件的价格无法进一步降低，使得人们开始寻找开发新兴的替代技术，光调制热成像系统(LMTID)成为新的研发热点，如张流强，基于微机械的光调制热成像器件研究，中国科学院上海冶金所博士学位论文，1999年6月；以及S.R.Manalis，et al，Two-dimensioned Micromechical BimorphArrays for Detection of Thermal Radiation，Appl.Phys.Lett.，Vol.70，pp.3311-3313，1997。

光调制热成像系统(LMTID)是利用红外光的热效应对可见光的强度进行调制，从而将红外图像转化为可见光的一种装置。目前，主要是在硅片上生长牺牲层来制作LMTID的芯片，这种表面微机械的方法在制作LMTID芯片时主要有两个困难：一是很难准确控制法布里—珀罗干涉仪(F-P腔)的两个反射面之间的距离(为了提高微镜阵列对入射红外辐射的吸收，该距离应为四分之一入射红外波长)；二是应用表面微机械的方法很难制造出符合要求的双层镜面来。这无疑影响了器件的性能。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于光调制热成像系统的芯片及制作方法以克服上述在制作LMTID芯片过程中所碰到的两个困难，它不仅能准确地控制F-P腔的两个反射面之间的距离，而且还能方便地制作出符合要求的双层镜面。

本发明的目的是这样实现的：绝缘层上硅(SOI)硅片是由厚的硅基底和薄的二氧化硅、硅膜组成的，选择合适厚度的二氧化硅、硅膜的SOI硅片，使硅膜的厚度等于F-P腔的两个反射面之间的距离，二氧化硅厚度等于要制作的微镜的厚度。制作时，首先光刻微镜阵列图案，腐蚀硅膜、二氧化硅膜，重新热氧化硅、蒸上铝膜，并应使得这二层膜的总厚度等于原来SOI硅片中二氧化硅的厚度，而后光刻并刻蚀出微镜图案，随后作一次硅—玻璃键合，把F-P腔的两个面(微镜阵列和玻璃半透镜)键合在一起，这样不但保证了F-P腔的两个反射面之间的距离满足要求，同时也较为方便地制作出了符合要求的双层镜面，整个工艺过程也不复杂。