[发明专利]一种刻蚀增强型的非制冷红外薄膜探测器及制备方法

说明书

本发明公开了一种刻蚀增强型的非制冷红外薄膜探测器及制备方法，所述探测器由氧化铝衬底，锰钴镍氧敏感元，锰钴镍氧介质超表面结构层，补偿元，以及器件管座组成。本发明制备的刻蚀增强型非制冷红外薄膜探测器，在传统锰钴镍氧薄膜型探测器的基础上，通过设计和刻蚀敏感元部分，形成特定周期、占空比和深度的锰钴镍氧介质超表面结构层，达到了增强耦合光的能力，促进了锰钴镍氧薄膜材料在红外波段的宽带吸收，进而增强了器件对红外辐射的宽波段探测能力，在响应率和探测率等方面可以有进一步的提高。本发明设计的器件制备工艺简单，与现有的硅集成工艺相兼容，可以在焦平面探测器中大规模应用。

技术领域

本发明涉及红外探测器领域，更具体的说，涉及一种刻蚀增强型的非制冷红外薄膜探测器及制备方法。

背景技术

非制冷红外探测器目前主要有三种类型，分别是热电堆型、热释电型、以及热敏电阻型。其中热敏电阻型又被称为测辐射热计，其探测机理是通过吸收物体的红外辐射能量，引起自身材料的温度变化，进而转化为电信号的变化，从而获得被探测目标的红外信息。相比光子型红外探测器而言，热敏电阻型探测器具有制备工艺简单、无需昂贵繁重的制冷系统、宽光谱全波段响应、器件封装简单等优点。其中，尖晶石结构的Mn-Co-Ni-O氧化物是一种用于热敏电阻型探测器的典型薄膜材料，电阻率适中、TCR系数大；老化速率慢、性能稳定和可靠性高；制备成本低廉，可用于室温宽波段探测，目前已经在科学和技术等领域有着广泛的应用。

与此同时，近十来年，超构材料因其具有天然材料所不具备的超常物理性质，赋予了人们更加灵活地调控电磁波的能力。因此结合超材料设计的思想，在传统的锰钴镍氧热敏薄膜型探测器[1-4]的基础上，通过设计和刻蚀探测器的敏感元部分，形成特定周期、占空比和深度的锰钴镍氧介质超表面结构层，达到增强耦合光的能力，促进了锰钴镍氧薄膜材料在红外波段的宽带吸收，进而增强了器件对红外辐射的探测能力，在响应率和探测率等方面可以有进一步的提高。本发明设计的器件制备工艺简单，与现有的硅集成工艺相兼容，可以在焦平面探测器中大规模应用。

参考文献：

[1]Y.Hou，et al，Characterization of Mn_1.56Co_0.96Ni_0.48O₄films for infrareddetection.Applied Physics Letters，92，20，2008.

[2]黄志明，欧阳程等，一种正入射浸没式非制冷薄膜型红外探测器。发明专利，201410020865.4

[3]欧阳程，黄志明等，一种背入射浸没式热敏薄膜型红外探测器。发明专利，201410020924.8

[4]C.OuYang，et al，Uncooled bolometer based on Mn_1.56Co_0.96Ni_0.48O₄thinfilms for infrared detection and thermal imaging.Appl Phys Lett，105，022105，2014

发明内容

本发明的目的是公开一种刻蚀增强型的非制冷红外薄膜探测器的结构，提供了器件制备方法。在传统锰钴镍氧薄膜型探测器的基础上，通过设计和刻蚀敏感元部分，形成特定周期、占空比和深度的锰钴镍氧介质超表面结构层，来实现增强红外热辐射探测的能力，在探测率和响应率等方面有进一步的提高。

本发明的刻蚀增强型非制冷红外薄膜探测器的结构描述如下：图1，图2和图3分别为本发明探测器的整体结构图，未封装金属外壳时探测器结构的俯视图和敏感元部分的局部放大图。