[发明专利]衍射微透镜列阵与紫外焦平面列阵单片集成技术

说明书

技术领域

本发明涉及衍射微透镜列阵和紫外焦平面列阵的制造工艺，以及衍射微透镜列阵与紫外焦平面列阵单片集成方法，具体涉及III族氮化物、ZnO、SiC等背照式紫外焦平面列阵和探测器列阵的制造。该方法主要用于紫外微光学元件、紫外探测器列阵、紫外焦平面列阵等光电子技术领域。 

背景技术

近几年来衍射光学和微光学的应用日趋广泛。表面浮雕结构的衍射光学元件不断出现新的用途(D.Daly，Microlens Arrays，Taylor & Francis，New York，2001)，如光学透镜设计、显示、光互连、传感器等，在紫外传感器领域最具应用前景的方面就是利用衍射微透镜列阵与紫外焦平面列阵(UV Focal Plane Array，UVFPA)相集成，以改善紫外焦平面的性能。紫外焦平面列阵与微透镜列阵集成可使小面积的探测器具有大光敏面探测器的灵敏度。由于探测器的噪声与光敏面的平方根成正比，在信号不变的情况下，光敏面积的减小可改善探测器的信噪比。此外，光伏型探测器的阻抗与探测器的光敏面成反比，光敏面的减小可增大光伏型探测器的阻抗，这有利于探测器列阵与读出电路的混成，提高探测器到读出电路的注入效率。因此，通过对衍射微透镜列阵与紫外焦平面列阵单片集成技术的研究，以提高紫外焦平面列阵的填充因子、灵敏度等性能参数，最终研制出凝视型高性能紫外焦平面列阵器件，满足军事、空间天文、环境监测、工业生产等许多领域对大规模高性能的紫外焦平面列阵的需求(Ryan McClintock，et.，Proc.2005，SPIE 5732，175，J.I.Pankove，et.，1999，Mater.Sci.Eng.，B61-62，305，R.McClintock，et.，2005，Appl.Phys.Lett.，86，011117)，探索紫外微光机电系统在国防和工农业等方面的应用潜力。 

衍射微透镜列阵和紫外焦平面列阵的单片集成制造工艺，目前国内外未见相关报道，现有的衍射微透镜列阵制作方法，如激光束辅助加工方法，灰度等级掩模与刻蚀，光致高分子材料折变方法等，普遍存在着精度低，聚光效率低，工艺兼容性差，设备昂贵成本高等问题，尤其是高温工艺易导致焦平面列阵性能下降。 

发明内容

本发明的目的是公开一种衍射微透镜列阵与紫外焦平面列阵单片集成方法，其目的在于克服现有技术精度低，聚光效率低，工艺兼容性差，设备昂贵；由于制造工艺过程中的不均匀，所导致的产品成品率下降及高温工艺可能导致焦平面列阵性能下降等缺点。 

本发明所要解决的问题是：提供一种提高背照式紫外焦平面列阵性能和探测器列阵性能的技术方法，基于衍射微透镜列阵光聚能原理，针对背照式大面阵紫外焦平面列阵探测器固有光敏面有限、填充因子小的特点，通过采用有效的双面对准方法，组合多层镀膜与剥离的微细加工工艺，将衍射微透镜列阵制作在大面阵紫外探测器芯片的背面，以提高小填充因子的紫外焦平面列阵的性能。由于单片集成是在紫外焦平面列阵制造工艺完成之后，在同一芯片上进行衍射微透镜列阵的制作，为确保在单片集成衍射微透镜的制作过程中不致引起紫外焦平面列阵性能下降，要求各项工艺的温度最好低于100℃。 

衍射微透镜列阵与紫外焦平面列阵单片集成方法，其特点是：在紫外焦平面列阵制造工艺完成之后，在同一芯片上进行衍射微透镜列阵的制作，将衍射微透镜列阵制备在紫外焦平面列阵的背面，采用双面对准方法；组合多层镀膜与剥离的微细加工工艺制备衍射微透镜列阵，各项工艺的温度低于100℃。 

衍射微透镜列阵与紫外焦平面列阵的双面对准方法：包括双面同时曝光的光刻方法；或单面曝光、反面用红外对准的光刻方法；单面曝光、反面用分离视场对准的光刻方法。 

组合多层镀膜与剥离的微细加工工艺制备衍射微透镜列阵：其步骤如下： 

a)利用光刻方法直接在背照式紫外焦平面芯片的光入射面制备光刻掩模图形； 

b)采用镀膜方法在具有光刻掩模图形的表面淀积膜层； 

c)将具有膜层的芯片浸入去胶剂中，浸泡3～5分钟； 

d)通过摇晃或超声震动，将光刻胶上的膜层和光刻胶去除干净； 

e)不断重复a)～d)的工艺步骤，以获得所需的多台阶的表面浮雕结构； 

f)最终将具有衍射微透镜的紫外焦平面列阵芯片用去离子水清洗1～2分钟； 

g)最后用高纯氮气吹干。 

所述的组合多层镀膜，其膜层材料为蓝宝石、GaN、AlGaN、ZnO、SiC其中之一。