[发明专利]一种用于MEMS热电堆的红外探测器的制作方法及红外探测器

说明书

本发明公开了一种用于MEMS热电堆的红外探测器的制作方法，包括如下步骤，一次生长步骤、二次生长步骤、热电堆形成步骤、红外吸收溶液配制步骤、三次生长步骤、去除步骤和蚀刻步骤。本发明还提供一种红外探测器。本发明的该制作方法有效地解决了传统工艺复杂的难题，使红外探测器不易于图形化，而且工艺简单、降低了制作成本。

技术领域

本发明涉及红外探测器领域，尤其涉及一种用于MEMS热电堆的红外探测器的制作方法及红外探测器。

背景技术

随着社会的进步，人们生活质量的提升，红外探测器的应用前景越来越广泛，对机器的性能要求也越来越高。在热红外探测器中MEMS热电堆红外探测器由于高的灵敏度，低的制造成本，占了市场的主导地位。其工作原理是温差电效应，当组成热电偶的两种不同材料构成闭合回路时，两节点之间如果存在温差，就会在环路中产生电动势。

MEMS热电堆红外探测器主要由硅衬底、热偶对、介质膜层、热结区与冷结区和红外吸收层组成。为了提高探测器的性能，需要有良好的隔热，一般采用氧化硅加氮化硅结构，还起到支撑热偶对的作用，这种结构有一定的红外吸收率但非常低，所以人们一般都会增加一层广泛吸收红外波段的红外吸收层，增加热结区的温度，使热电堆性能显著增加。红外吸收层要得到良好的吸收效果需要有高的吸收效率和薄的薄膜厚度，众多的吸收层制备方法中大致可分为两类，以金属为主体的无机吸收层和以碳黑为主体的有机化合物吸收层，而对于MEMS热电堆红外探测器来说除了生长红外吸收层，还需要有一定的形状，一般有机吸收层采用丝网印刷的方法但厚度较厚很难符合要求，另外无机金属一般采用光刻的方法，但工艺复杂制作成本较高。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种用于MEMS热电堆的红外探测器的制作方法，该制作方法有效地解决了传统工艺复杂的难题，使红外探测器不易于图形化，而且工艺简单、降低了制作成本。

本发明的目的之二在于提供一种红外探测器，该红外探测器的红外吸收层比较薄利于热传递，实现了红外吸收层易于图形化的目的，又降低了其制造难度和生产成本。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种用于MEMS热电堆的红外探测器的制作方法，包括如下步骤，

一次生长步骤：将单晶硅放入氧化炉，通入氧气，使单晶硅的上、下表面氧化，分别形成上氧化硅层和下氧化硅层，然后用LPCVD工艺在上氧化硅层表面生长上氮化硅层、下氧化硅层表面生长下氧化硅层；

二次生长步骤：再用LPCVD工艺在上氮化硅层表面生长多晶硅，再利用光刻技术将多晶硅图形化；

热电堆形成步骤：在多晶硅上用磁控溅射沉积铝，经过图案化和合金处理，铝与多晶硅电极串联成热偶条层；

红外吸收溶液配制步骤：在遮光环境下，将光刻胶与四氢呋喃混合得到第一溶液，将石墨烯与四氢呋喃混合得到第二溶液，将第一溶液和第二溶液混合得到混合溶液，利用纳米分散仪将混合溶液分散均匀，再搅拌、挥发，得到红外吸收溶液；

三次生长步骤：用均胶机在热偶条的表面涂覆红外吸收溶液，溶液干后形成红外吸收层；设计掩膜板使热偶条层中的热结区能曝光，热偶条层中没有曝光部分被显影液去掉，只留下热偶条层中的热结区作为热电堆层；

去除步骤：利用双面曝光技术设计底面图案，依次将靠近底部中心的下氮化硅层、下氧化硅层去除，剩余下氮化硅层的周缘和下氧化硅层的周缘，暴露出单晶硅的下表面；

蚀刻步骤：制作刻蚀夹具保护热电堆层，再用KOH溶液刻蚀单晶硅形成凹槽，凹槽贯穿下氮化硅层、下氧化硅层和单晶硅，将上氧化硅层暴露出，即得到红外探测器。

进一步地，一次生长步骤中，通入氧气的温度为1100℃。