[发明专利]一种基于干涉吸收腔红外吸收层的红外探测器及制备方法

说明书

本发明属于红外探测领域，涉及一种基于干涉吸收腔红外吸收层的红外探测器及制备方法。其自上而下，其包括三大部分。第一部分为光学部分，包括第一SiO₂层和第二Ge层。第二部分为热电部分，包括第一TiN层，第二Si₃N₄层，第三SiO₂层，第四Al层，第五SiO₂层以及第六N型多晶硅层。第三部分为支撑层部分，包括第一SiO₂层，第二Si₃N₄以及第三SiO₂层。本发明将光学设计引入非制冷热电堆红外探测器，结合材料和器件结构的光学设计与合理优化。光学设计后，光学干涉实现高红外吸收，在8‑14μm波段的平均红外吸收率高达85％以上，很大程度的提高了红外吸收，提高了非制冷热电堆红外探测器的性能。

技术领域

本发明属于红外探测领域，涉及一种基于光学设计，增强8-14μm波段红外吸收层的非制冷热电堆红外探测器。

背景技术

非制冷热电堆红外探测器具有体积小、成本低、稳定性高且与硅半导体工艺兼容性好的优点，使得其在夜视成像、非接触红外测温、消防及工业控制等领域得到了广泛的应用。非制冷热电堆红外探测器的基本原理是利用热电堆上红外敏感区吸收红外辐射，并利用塞贝克效应将红外辐射热效应引起的温度变化，化成电信号变化。现有的非制冷热电堆红外探测器多由衬底结构、支撑结构，热电偶结构和红外吸收结构组成。其中红外吸收结构成为制约非制冷热电堆红外探测器指标的关键。目前应用于非制冷热电堆红外探测器的红外吸收材料多数集中在氮化硅、二氧化硅、黑硅与黑金等材料；且多为直接使用，未经光学设计，在8-14μm波段的红外吸收较低，使基于上述红外吸收材料的非制冷热电堆红外探测器在波段拓宽，灵敏度与响应率的提升方面都受到了限制。

将光学设计引入非制冷热电堆红外探测器，对其红外吸收结构，在现常用的红外吸收材料基础上，进行合理的光学设计，引入增透层以及干涉腔等光学特性，很大程度的提高了红外吸收，在8-14μm波段的平均红外吸收率高达85％以上，提高了非制冷热电堆红外探测器的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光学设计，增强8-14μm波段红外吸收层的非制冷热电堆红外探测器，结合材料和器件结构的光学设计与合理优化，用以解决传统非制冷热电堆红外探测器红外吸收波段窄、红外吸收率低的问题。

本发明的技术方案如下：一种基于干涉吸收腔红外吸收层的红外探测器，自上而下，其包括三大部分。第一部分为光学部分，包括第一SiO₂层和第二Ge层。第二部分为热电部分，包括第一TiN层，第二Si₃N₄层，第三SiO₂层，第四Al层，第五SiO₂层以及第六N型多晶硅层。第三部分为支撑层部分，包括第一SiO₂层，第二Si₃N₄以及第三SiO₂层。

所述的第一光学部分，第一SiO₂与第二Ge层构成增透层；

作为优选，所述第一光学部分，经光学设计后，第一SiO₂层厚度为10-1000nm，第二Ge层厚度为20-2000nm；提高了红外光谱的透射率，增强了第二部分的红外吸收。

所述的第二热电部分，第一TiN层与第四Al层，构成干涉腔；第二Si₃N₄层和第三SiO₂层不仅为绝缘层，同时为腔内红外吸收层；第四Al层，第五SiO₂层以及第六N型多晶硅层构成热电偶。