[发明专利]一种基于石墨烯的微测辐射热计

说明书

技术领域

本发明属于光电领域，特别涉及一种基于石墨烯的微测辐射热计。

背景技术

红外成像是现代国防军事的重要技术，方便官兵在夜晚、烟雾、雾天中的观 察作战。目前广泛应用的红外成像技术包括制冷和非制冷两类，其中制冷型红外 成像由于需要复杂的制冷设备，而导致系统笨重，不易于单兵作战。非制冷红外 成像技术起步较晚，但是发展迅速，其中以氧化钒为敏感单元的微测辐射热计非 制冷红外成像技术已广泛应用于国防军事领域。但是，氧化钒自身的吸光性能较 差，需要借助氮化硅等红外吸收材料以及复杂的光学腔体结构。此外，传统的微 测辐射热计的探测波段单一(8～12um)，不能实现宽波段(3～12um)。

石墨烯，目前最先进的二维纳米材料，能够赋予光电器件崭新的特性、崭新 的功能、崭新的概念。它同时具备优异的光学、电学、力学、热学性能。尤其地， 石墨烯具有宽波段吸收能力(从可见光波段到远红外)，单层石墨烯能够吸收 2.3％的光。因而，一定厚度和结构尺寸的石墨烯能够实现宽波段非制冷红外探测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于石墨烯微测辐射热计，解决现有微测辐射热 计工艺复杂、红外吸收波段窄、红外吸收率低等问题，实现非制冷宽波段、低成 本红外探测。

本发明所涉及的一种石墨烯微测辐射热计，包括硅基底、悬空孔、悬空支撑 层、金属电极引线、红外敏感层、石墨烯保护层、悬空支撑层微孔；

所述的硅基底为常规半导体硅片，硅基底上面分布有悬空孔；

所述的悬空支撑层，置于悬空孔上方，其材料包括氮化硅、二氧化硅、聚合 物弹性体或者其中二者的组合，厚度为20nm～5um；其中所述的聚合物弹性体 为聚二甲基硅氧烷、聚氨酯弹性体、硅橡胶、聚氨酯橡胶中的一种；

所述的红外敏感层是采用石墨烯作为宽波段红外吸收敏感层，红外敏感层置 于悬空支撑层上方，石墨烯的厚度为5nm～1000nm，石墨烯的形态包括石墨烯 薄膜、石墨烯纳米墙以及石墨烯微片等；

所述的石墨烯保护层，用以在制备工艺和使用过程中保护石墨烯免被破坏， 具体材料包括氮化硅、二氧化硅、碳化硅等，其厚度为10nm～500nm；

所述的悬空支撑层微孔为矩形盲孔，深度为1～100um，通过常规的微纳加 工手段实现，包括光刻、刻蚀等。

所述的石墨烯薄膜是通过CVD制备，并转移至悬空层上方，通过多次转移 方式获得不同厚度石墨烯薄膜。

所述的石墨烯纳米墙是通过PECVD或者MPCVD方式制备，可以直接在悬 空层上沉积，也可以在其他基底上制备后转移至悬空层上方，石墨烯纳米墙的厚 度可以通过生长工艺控制。

所述的石墨烯微片是通过溶液旋涂的方式沉积在悬空层上方，通过溶液的浓 度、旋涂转速控制石墨烯厚度。

所述的石墨烯微测辐射热计单元器件的尺寸为15×15um²～200×200um²， 石墨烯敏感单元的填充因子为50％～95％。

所述的石墨烯微测辐射热计可以实现n×m阵列焦平面的器件制备，其中 n＝1,2,3…的整数，m＝1,2,3…的整数。

本发明提高了红外探测灵敏度，结构简单，成本低，且具有优异的非制冷宽 波段红外探测性能。

附图说明

图1为石墨烯微测辐射热计单元器件结构截面图，其中101为硅基底，102 为悬空孔，103为悬空支撑层，104为金属电极引线，105为石墨烯红外敏感层， 106为石墨烯保护层，107为悬空支撑层微孔；

图2为石墨烯微测辐射热计单元器件结构平面图，其中101为硅基底，103 为悬空支撑层，104为金属电极引线，105为石墨烯红外敏感层，106为石墨烯 保护层；

图3为石墨烯微测辐射热计阵列。

具体实施方式

以下结合石墨烯微测辐射热计单元器件结构截面图如图1、单元器件结构平 面图如图2以及石墨烯微测辐射热计阵列图3，对本发明的原理和特征进行描述， 所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例一

本实施例中，在硅片基底101上通过光刻、刻蚀等微纳加工手段制备矩形盲 孔作为悬空孔102阵列，该悬空孔102的深度为1um，孔的特征尺寸为 18um×18um，阵列的填充因子为81％；