[发明专利]非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构及其制备方法

权利要求书

1.非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构，包括含读出电路的第一基片（1），其特征在于还包括含热隔离微桥阵列和敏感元阵列的第二基片（2），所述第一基片（1）与第二基片（2）键合成一体，所述热隔离微桥阵列中的各热隔离微桥单元以刻蚀后的第二基片（2）为桥墩，以与所述桥墩顶面紧密结合的支撑层（3）为桥面，各热隔离微桥单元的空气隙（11）厚度与第二基片的厚度相同；各热隔离微桥单元的桥面上均设置有敏感元阵列，各敏感元阵列通过引线电极与第一基片上对应的读出电路实现电连接。

2.根据权利要求1所述非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构，其特征在于所述第一基片（1）为硅基片，所述第二基片（2）为双抛面硅基片，第一基片（1）与第二基片（2）通过硅-硅键合技术实现键合，第二基片上各敏感元阵列的下电极通过爬坡电极制作技术制作引线电极分别与第一基片上对应的读出电路的下电极（9）连接，敏感元阵列中各敏感元的上电极（6）通过爬坡电极制作技术制作引线电极分别与第一基片上对应的读出电路的上电极（10）连接。

3.根据权利要求1或2所述非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构，其特征在于所述热隔离微桥单元的桥面为SiO₂层或Si₃N₄/ SiO₂复合层。

4.根据权利要求1或2所述非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构，其特征在于所述热隔离微桥单元的桥面厚度为600 nm～1000nm、长度和宽度为100μm～1600μm， 所述长度＝宽度，或所述长度≠宽度；所述热隔离微桥单元的空气隙（11）厚度为120μm～365μm。

5.根据权利要求3所述非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构，其特征在于所述热隔离微桥单元的桥面厚度为600 nm～1000nm、长度和宽度为100μm～1600μm， 所述长度＝宽度，或所述长度≠宽度；所述热隔离微桥单元的空气隙（11）厚度为120μm～365μm。

6.根据权利要求1或2所述非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构，其特征在于组成敏感元阵列的敏感元至少为两个，所述敏感元由下电极（4）、敏感层（5）、上电极（6）和上下电极隔离层（7）构成。

7.根据权利要求3所述非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构，其特征在于组成敏感元阵列的敏感元至少为两个，所述敏感元由下电极（4）、敏感层（5）、上电极（6）和上下电极隔离层（7）构成。

8.根据权利要求4所述非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构，其特征在于组成敏感元阵列的敏感元至少为两个，所述敏感元由下电极（4）、敏感层（5）、上电极（6）和上下电极隔离层（7）构成。

9.根据权利要求1或2所述非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构，其特征在于热隔离微桥阵列中，热隔离微桥单元的行距和列距w≥50μm，热隔离微桥单元距第二基片边缘的距离t≥4500μm。

10.一种非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器结构的制备方法，步骤如下：

①第一基片键合面图形的制备

将硅片作为第一基片（1），在含有读出电路的第一基片（1）表面沉积一层钛膜，在所述钛膜表层沉积一层金膜，然后根据设计好的电极和键合面图形图形化；

或将含有读出电路的第一基片（1）采用等离子体增强技术沉积一层SiO₂作为钝化层，再根据设计好的电极和键合面图形图形化；

②支撑层制备

将双抛面硅片作为第二基片（2），将所述第二基片两面热氧化，使其两面均生成一层致密的SiO₂层，选择其中一面的SiO₂层作为支撑层；

或在两面热氧处理后的双抛面硅片的其中一面上生长一层Si₃N₄，形成Si₃N₄/ SiO₂复合支撑层；

将支撑层所在的面定义为第二基片（2）的正面；

③敏感元阵列制备

根据设计好的非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器的图形、尺寸及工艺要求依次在所述支撑层（3）上制作组成敏感元阵列的敏感元；

④第二基片正面的保护

将制备有敏感元阵列的第二基片（2）正面沉积一层SiO₂层，进行正面保护；

⑤热隔离微桥阵列的制备 

根据设计好的非制冷薄膜型红外焦平面阵列探测器的微桥图形及尺寸在制有敏感元阵列的第二基片（2）背面采用干法刻蚀技术刻蚀微桥图形，刻蚀深度到达其正面的支撑层（3），形成以刻蚀后的第二基片（2）为桥墩、以支撑层为桥面的热隔离微桥阵列，且组成热隔离微桥阵列的各热隔离微桥单元的桥面上均有敏感元阵列；

⑥第一基片与第二基片的键合

采用硅-硅键合技术将制备有敏感元阵列的第二基片（2）的背面与制备有读出电路的第一基片（1）键合成一体；

⑦除去第二基片正面的保护层；

⑧敏感元电极与读出电路电极的连接

通过爬坡电极制作技术制作引线电极，将第二基片（2）上各敏感元阵列的下电极通过引线电极分别与第一基片上对应的读出电路的下电极（9）连接，将敏感元阵列中各敏感元的上电极（6）通过引线电极分别与第一基片上对应的读出电路的上电极（10）连接。