[发明专利]基于单壁碳纳米管的双悬臂梁红外探测器及其形成方法

说明书

技术领域

本发明属于MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电领域)，具体涉及一种基于单壁碳纳米管的双悬臂梁红外探测器及其形成方法。

背景技术

1978年美国Texas Instruments在世界上首次研制成功第一个非制冷红外热像仪系统，主要红外材料为α-Si(非晶硅)与BST(钛酸锶钡)。1983年美国Honeywell开始研制室温下的热探测器，使用了硅微型机械加工技术，使热隔离性提高，成本降低。1990-1994年美国很多公司从Honeywell获技术转让，使以氧化钒为探测材料的非制冷探测器得到了迅速广泛发展。氧化钒材料具有较高的热电阻系数，目前世界上性能最好的非制冷探测器就是采用氧化钒材料制备的，近年Raytheon公司大规模开发α-Si(非晶硅)热敏性红外探测器，在世界红外探测器市场占有一定的空间。

单壁碳纳米管(single walled carbon nanotubes，SWNTs)是近年来最热门的新兴材料之一。SWNTs在不同的温度下具有不同的电阻值，具有很好的红外吸收功能，其材料本身噪音与其他热敏材料相比很低。因此已有科学研究者利用该特性制作高灵敏度的辐射热计，该辐射热计探测红外线时具有低噪声，灵敏度高，响应时间短等特性。另外，SWNTs对应力的影响也很敏感，受到应力作用时，单壁碳纳米管薄膜的电阻有明显的变化。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种灵敏度更高的基于单壁碳纳米管的双悬臂梁红外探测器及其形成方法。

有鉴于此，本发明第一方面提出了一种基于单壁碳纳米管的双悬臂梁红外探测器，可以包括：基底，所述基底中形成有贯穿所述基底顶表面和底表面的检测窗口；两个异质悬臂梁，每个所述异质悬臂梁位于所述基底之上，每个所述异质悬臂梁的固定端与所述基底相连，自由端悬空在所述检测窗口之上；单壁碳纳米管薄膜，所述单壁碳纳米管薄膜桥接于所述两个异质复合悬臂梁的两个自由端之间，其中，所述异质悬臂梁包括第一材料层和位于所述第一材料层之上的第二材料层，所述第一材料层与所述第二材料层的热膨胀系数不相同。

本发明实施例的基于单壁碳纳米管的双悬臂梁红外探测器受到红外线照时，内部的双悬臂梁受热膨胀变形从而对单壁碳纳米管薄膜产生应力进而导致薄膜电阻值变化，同时单壁碳纳米管薄膜自身因为升温而影响薄膜电阻值，在这双重作用下，单壁碳纳米管薄膜的电阻值变化非常明显，这意味着该实施例的双悬臂梁红外探测器具有很高的灵敏度。该实施例的基于单壁碳纳米管的双悬臂梁红外探测器还具有结构简单等优点。

有鉴于此，本发明第二方面提出了一种基于单壁碳纳米管的双悬臂梁红外探测器的形成方法，可以包括以下步骤：提供基底；在所述基底之上依次形成第一材料层和第二材料层，所述第一材料层与所述第二材料层的热膨胀系数不相同；在所述第一材料层和第二材料层中形成开口，所述开口贯穿所述第一材料层底表面和所述第二材料层顶表面；对所述基底进行背面刻蚀，所述进行背面刻蚀的位置与所述开口对应，以使所述基底中形成贯穿所述基底顶表面和底表面的检测窗口，并使所述开口附近的所述第一材料层和第二材料层形成两个异质悬臂梁的自由端；形成单壁碳纳米管薄膜，所述单壁碳纳米管薄膜桥接于所述两个异质复合悬臂梁的两个自由端之间。

本发明实施例的基于单壁碳纳米管的双悬臂梁红外探测器的形成方法制得的红外探测器受到红外线照时，内部的双悬臂梁受热膨胀变形从而对单壁碳纳米管薄膜产生应力进而导致薄膜电阻值变化，同时单壁碳纳米管薄膜自身因为升温而影响薄膜电阻值，在这双重作用下，单壁碳纳米管薄膜的电阻温度系数变化非常明显，这意味着该实施例的双悬臂梁红外探测器具有很高的灵敏度。该实施例的基于单壁碳纳米管的双悬臂梁红外探测器的形成方法还具有工艺简单、与现有MEMS工艺兼容等优点。

附图说明

图1是本发明一个实施例的基于单壁碳纳米管的双悬臂梁红外探测器的示意图。

图2是本发明另一个实施例的基于单壁碳纳米管的双悬臂梁红外探测器的示意图。

图3是本发明一个实施例的基于单壁碳纳米管的双悬臂梁红外探测器的形成方法的流程图。

图4是本发明另一个实施例的基于单壁碳纳米管的双悬臂梁红外探测器的形成方法的流程图。

图5a-图5f是本发明一个具体实施例的基于单壁碳纳米管的双悬臂梁红外探测器的形成方法的过程示意图。

具体实施方式