[发明专利]一种非制冷红外探测系统像素阵列的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及热成像技术领域，特别指一种非制冷红外探测系统的像素阵列制作方法。

背景技术

红外侦察和检测（特别针对8~15微米大气透过率高的波段）是一种有着广泛应用的关键技术。与价格昂贵的低温工作的红外探测系统相比，非制冷红外探测系统由于其较低的成本、较小的体积，应用前景非常广泛。目前，基于非晶硅、氧化钒等材料热阻特性的红外探测芯片已经商业化。同时，采用光学读出方式的微机械红外成像阵列则是其有力的竞争者。由于光学读出非制冷红外成像系统为全光系统，可以在室温下工作，与量子型红外探测器相比，无需笨重的制冷设备；与传统的热释电或多晶硅非制冷红外成像仪相比，无需复杂的读取电路。采用Fabry-Perot（F-P）腔阵列作为核心结构，利用多光束干涉原理读取红外信号，不仅可使系统的结构紧凑简洁、探测灵敏度较高，而且易于大规模集成。该类系统的一个典型结构为 “红外摄像机系统”的专利文件（申请号：200480027494.7），其包含热可调谐滤波器像素阵列、近红外光源和近红外检测器阵列。其中像素阵列的制造是其中的核心，制作过程需要引入牺牲层，这样使得制作工序较为繁琐且成本较高，不利于该技术的进一步推广应用。

发明内容

本发明提供一种红外探测系统像素点的制造方法，通过引入键合工艺，在实现像素点之间热隔离的同时，避开使用牺牲层，制造工艺简单可靠，更有利于技术的推广普及。

这种非制冷红外探测系统像素阵列的制作方法，包括以下步骤：

步骤一：在SOI的顶层表面通过光刻结合刻蚀工艺将顶层材料刻穿至到达SOI的埋层材料，在所述SOI的埋层表面形成若干个独立的热隔离柱；

步骤二：将所述步骤一中形成的热隔离柱与衬底键合；

步骤三：去除SOI的底层材料，露出SOI的埋层底面；

步骤四：采用光刻结合刻蚀工艺，对所述步骤三中非热隔离柱区域对应的SOI的埋层进行刻蚀至刻穿，形成若干个独立的像素点；

步骤五：采用电子束蒸镀方法，在所述步骤四的像素点表面制备可调谐热光带通滤波器，获得目标产品。

其中，SOI为一种称为“绝缘体上的硅”的商品化材料，其由三层材料构成：顶层、埋层、底层。所述SOI顶层材料为晶体硅、埋层材料为二氧化硅、底层材料为晶体硅。

为了保证制作的像素阵列的质量，需要设置一些特定的参数：所述的SOI的埋层材料厚度大于1μm；所述热隔离柱的横截面积不超过所述像素点横截面积的十分之一。

所述步骤二中的键合方式采用但不限于阳极键合、AuSn键合、AuAu键合和CuSn键合中的一种。可依据所选择的衬底材料以及工艺成本、强度要求等选择合适的键合方式。

所述步骤三中去除方法为等离子体干法刻蚀或化学湿法刻蚀法。由于埋层材料与顶、底层材料的刻蚀速率不同，埋层材料可作为选择停止刻蚀层。

所述可调谐热光带通滤波器为Fabry-Perot腔结构，包括两反射镜以及夹在两反射镜中的腔体。

其中，所述反射镜由厚度为1/4光学波长的硅、二氧化硅交替生长构成，所述腔体为厚度是1/2光学波长的非晶硅。非晶硅具有高热光系数，可实现高效热光调谐。

衬底材料一般选取对系统中采用的近红外检测光透明的材料，本发明中所述衬底为玻璃。

本发明的有益效果在于，与现有的红外探测系统的像素阵列制作方法相比，本发明制造工艺不需要引入牺牲层，而是在SOI材料的基础上通过引入键合工艺，实现像素之间热隔离，制造工艺更为简单可靠，有利于该技术的普通推广。

附图说明

图1a为本发明实施例SOI结构示意图。

图1b为本发明实施例热隔离柱形成示意图。

图1c为本发明实施例热隔离住与衬底键合示意图。

图1d为本发明实施例去除SOI底层材料后的结构示意图。

图1e为本发明实施例像素点结构示意图。

图1f为本发明实施例像素点阵列示意图。

图1g为本发明实施例可调谐热光带通滤波结构示意图。

图2为本发明单个像素点的工作原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施例作进一步说明。

本实施的这种非制冷红外探测系统像素阵列的制作方法，包括以下步骤：