[发明专利]一种热释电红外探测器及其制备方法

说明书

本发明属于电子材料与元器件技术领域，具体为一种热释电红外探测器及其制备方法。包括凹槽透光衬底、热释电层和键合层。本发明使用表面带有凹槽的透光衬底代替硅衬底，为使用常温、常压键合将衬底与单晶或陶瓷热释电敏感元进行集成提供了条件，实现了空气隙悬空绝热结构与单晶或陶瓷热释电敏感元集成；并在热释电敏感元制作凹槽、在敏感元内部形成一个绝热结构。本发明提供的热释电红外探测器，热性能好、可靠性高、工艺简单、成本低，且易于集成，探测性能好。

技术领域

本发明属于电子材料与元器件技术领域，涉及热释电红外探测器，具体为一种热释电红外探测器及其制备方法。

背景技术

热释电探测器是一种重要的红外探测器，属于红外探测器中的热探测器类型。同其他的热探测器相比，热释电探测器具有无需制冷、响应时间短、探测率高、噪声和功耗小、制作工艺简单、制作成本较低等等，因此热释电探测器在国防、安防控制、自动化、智能家居等领域都有广泛的应用。

热释电探测器的性能与器件使用的绝热结构和热释电材料性能密切相关。热释电陶瓷和单晶材料具有优良的热释电性能，是目前商用热释电红外探测器的主要材料。绝热结构可以提高探测器的热绝缘性能，减少热量向周围媒质流失，使热释电材料获得尽可能大的温升速率，因此绝热结构对非制冷红外探测器的性能有十分重要的影响，它的设计和制备也是获得高性能非制冷红外探测器的关键。

目前，热释电探测器绝热结构主要有采用硅(Si)基微加工技术得到的Si基空气隙结构和采用低热导率薄膜制备的绝热层结构。与采用低热导率薄膜制备的绝热层结构相比，Si基空气隙结构拥有更好的绝热效果，但其制备工艺复杂，成本高。目前，主要采用薄膜工艺实现热释电材料与Si基空气隙绝热结构的集成。而在Si基空气隙绝热结构上制备的热释电薄膜材料性能不如相应的热释电陶瓷或者单晶材料，同时Si基空气隙绝热结构需要保留一定厚度的Si作为支撑层，用以支撑沉积在其上方的热释电材料，这在一定程度上降低了空气隙的绝热效果使得基于空气隙绝热结构探测器的性能受到限制。而单晶或陶瓷材料无法与Si基空气隙结构直接进行常温、常压集成，只能高温集成；然而高温集成对于热释电探测器的性能会产生极大的不良影响，如采用Au-Sn合金键合工艺进行键合集成，则键合过程中施加的温度和压力可能会导致热释电材料退极化、产生残余应力等问题，进而导致热释电探测器的性能恶化。

为了消除环境温度变化、振动等外界因素对器件输出的干扰，热释电探测器普遍采用极性相反的两个像元串联构成的双电容结构，两个像元探测信号差为器件输出。在实际应用中，尽管可以通过光学系统使得红外辐射只照射其中一个像元，然而两个像元之间仍然会通过构成像元的电极和敏感材料通过热传导机制产生温度扩散，造成敏感元的探测性能下降。

因此，设计出可以提高热释电敏感元热性能的绝热结构并且实现热释电单晶或陶瓷材料与空气隙绝热结构集成的新型热释电红外探测器，具有极大的意义。

发明内容

针对上述存在问题或不足，本发明提供了一种热释电红外探测器，以实现热释电单晶或陶瓷材料与空气隙绝热结构集成的新型热释电红外探测器。

该热释电红外探测器，包括带凹槽透光衬底、热释电层和光敏键合层。

热释电层为单晶或陶瓷热释电敏感元，带有上电极和下电极，上电极使用双电容结构，下电极设置于带凹槽透光衬底的凹槽上方，并与带凹槽透光衬底的凹槽相适应使下电极完全悬空，形成一个带空气隙的自支撑结构。光敏键合层在热释电层与带凹槽透光衬底的中间，热释电敏感元与带凹槽透光衬底使用常温、常压键合的方式集成。

进一步的，所述单晶或陶瓷热释电敏感元的电极为阵列的双电容结构。

进一步的，所述双电容结构的上电极构成的像元之间带有一个条形的凹槽，作为热释电敏感元两个像元之间的绝热结构。