[发明专利]一种敏感元刻蚀型的非制冷红外窄带探测器及制备方法

说明书

本发明公开了一种敏感元刻蚀型的非制冷红外窄带探测器及制备方法，所述探测器由氧化铝衬底，金属反射层，锰钴镍氧敏感元，锰钴镍氧介质超表面结构层，锗单晶半球透镜，以及器件管座组成。通过精确控制刻蚀敏感元的结构参数，形成特定图案的锰钴镍氧介质超表面结构层，可以实现器件对特定波长的光达到完美吸收的效果；同时反射非特定波长的光，提升器件窄带探测的能力。本发明结构中，由于未引入等离子激元型的金属人工微结构，避免了能量在金属结构中的大量损失，从而保证了器件中敏感元部分吸收达到80％以上，光谱曲线的品质因子(Q值)可以达到15左右，对改善非制冷红外窄带探测器的响应率和目标识别精确度方面都有着十分重要的意义。

技术领域

本发明涉及红外探测器领域，更具体的说，涉及一种敏感元刻蚀型的非制冷红外窄带探测器及制备方法。

背景技术

随着探测技术的发展，室温工作、响应速度快、探测率高，易于大规模集成焦平面的探测器，成为了当今红外探测器领域的发展方向。在目前第三代探测器中，作为非制冷型红外探测器的代表——锰钴镍氧热敏薄膜型探测器，因其制备成本低、可靠性高；能够在室温下工作，无需昂贵繁重的制冷系统；宽光谱全波段响应；与半导体工艺相兼容等诸多优点，成为当今研究热点之一。

与此同时，红外大气窗口下油田勘探、环境监测，目标识别等窄带探测的需求越来强烈，但一般的热敏型非制冷探测器在红外波段都是宽带响应，即探测器对波长没有选择性的探测。因此，以锰钴镍氧热敏薄膜型探测器为代表的非制冷型红外探测器，在窄带探测和目标识别方面还需要进一步发展。

本发明的探测器结构，在传统薄膜型非制冷红外探测器的基础上，通过刻蚀探测器敏感元部分，形成特定周期、占空比、深度的敏感元刻蚀型超表面，一是增强探测器对特定波长的吸收，达到提高探测器响应率和探测率的效果；二是反射非特定波长的光线，屏蔽了探测器对这些非目标波长的响应，达到一种窄带探测的目的；三是避免引入了等离子激元型的金属人工微结构，极大程度上减少了能量在金属结构中的损耗，使敏感元的吸收进一步提高，可以达到80％左右，因此器件的响应率和探测率可以进一步提升，同时光谱曲线的品质因子可以达到15，极大提升了目标识别的准确性，对于优化器件结构设计和改善器件性能都有着十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是公开一种敏感元刻蚀型的非制冷红外窄带探测器的结构，提供了器件制备方法。通过精确控制刻蚀敏感元的参数，形成特定刻蚀图案和刻蚀深度的锰钴镍氧介质超表面结构层，可以实现器件对特定波长的光达到完美吸收的效果；同时反射非特定波长的光，提升器件窄带探测的能力。

本发明的敏感元刻蚀型的非制冷红外窄带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，未封装锗单晶半球透镜时探测器的俯视图和敏感元部分的局部放大图。

如图1、图2、图3所示，敏感元刻蚀型的非制冷红外窄带探测器包括：锰钴镍氧敏感元1，锰钴镍氧介质超表面结构层2，氧化铝衬底3，金属反射层4，绝缘层5，导热硅脂6，电极7，焊丝8，器件引脚9，锗单晶半球透镜10，器件管座11。器件结构具体描述如下：在氧化铝衬底3的上方依次镀有金属反射层4，绝缘层5，锰钴镍氧敏感元1和锰钴镍氧介质超表面结构层2；在锰钴镍氧敏感元1表面，锰钴镍氧介质超表面结构层2的两侧，是电极7；氧化铝衬底3通过导热硅脂6粘贴在器件管座11上；将电极7与器件引脚9用焊丝8相连；锗单晶半球透镜10封装在器件管座11上方的卡槽里。

如图1，氧化铝衬底3为非晶氧化铝宝石片，厚度为80um；金属反射层4为铬薄膜30nm，金薄膜300nm；绝缘层5为5nm氧化铝薄膜；锰钴镍氧敏感元1和锰钴镍氧介质超表面结构层2总厚度为0.76um或者1.3um，其中锰钴镍氧敏感元1厚度为0.46um或者1um，锰钴镍氧介质超表面结构层2厚度固定为0.3um，刻蚀的方块结构周期为5.9um-7.4um，占空比为0.25。

本发明的敏感元刻蚀型的非制冷红外窄带探测器是这样制备的：