[发明专利]非制冷光读出红外焦平面阵列结构和制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非制冷光读出红外焦平面阵列结构和制作方法。

背景技术

基于光读出的非制冷红外焦平面阵列，其红外吸收效率直接关系到信号响应高低，因此，在目前其红外响应较低的现状下，为了提高其响应信号，在其红外吸收上采取了诸多方法，例如：增大吸收层面积、加入谐振腔方式提高吸收等方法，但是这些方法存在诸如与器件大小相矛盾或者是牺牲层释放工艺难度较大等，使得其效果不明显，且增大了器件制作难度。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种非制冷光读出红外焦平面阵列结构和制作方法，能够大幅度提成红外吸收效率，且制作工艺简单。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种非制冷光读出红外焦平面阵列结构，包括透明衬底，在所述透明衬底上悬空设置一金属反光板，该金属反光板上方依次设置有红外吸收介质层和黑硅红外吸收增强层；在所述金属反光板的左右两侧间隔对称设置有若干悬臂梁和隔离梁，所述金属反光板每一侧的悬臂梁和隔离梁交错分布且成对出现，位于最内侧的悬臂梁一端与所述红外吸收介质层连接形成一体，位于两悬臂梁之间的隔离梁的另一端向内弯折与内侧的悬臂梁的另一端连接形成一体且该悬臂梁的一端向外弯折与外侧的悬臂梁一端连接形成一体，位于最外侧的悬臂梁一端向下弯折连接至所述透明衬底上形成锚爪支撑结构。

作为本发明的进一步改进，所述悬臂梁为双材料悬臂梁，该悬臂梁由位于下方的第一层介质层和位于上方的第二层金属层构成。

作为本发明的进一步改进，所述隔离梁与所述悬臂梁的第一层介质层连接形成一体。

作为本发明的进一步改进，所述第一层介质层为氮化硅和氧化硅其中之一种材质制成，所述第二层金属层为金和铝其中之一种材质制成。

作为本发明的进一步改进，所述透明衬底为硼硅酸玻璃和石英其中之一种材质制成。

作为本发明的进一步改进，所述金属反光板为金和铝其中之一种材质制成。

作为本发明的进一步改进，所述红外吸收介质层由氮化硅和氧化硅其中之一种材质制成。

作为本发明的进一步改进，所述黑硅红外吸收增强层是由淀积的硅层经SF6气体蚀刻形成。

本发明还提供一种如上所述的非制冷光读出红外焦平面阵列结构的制作方法，包括以下步骤：

①在一透明衬底上淀积一层牺牲层；

②在所述牺牲层上淀积一层金属薄膜层；

③将需要的图形转移到所述金属薄膜层上，位于牺牲层中心部分上的金属薄膜层保留形成金属反光板，位于牺牲层边缘部分的金属薄膜层被刻蚀掉使对应的牺牲层外露；

④在所述外露的牺牲层上蚀刻出通孔；

⑤在所述金属反光板和外露的牺牲层上方以及所述通孔内分别淀积一层介质薄膜层；

⑥将需要的图形转移到所述介质薄膜层上，所述通孔内的介质薄膜层和其连接的部分介质薄膜层形成带锚爪支撑结构的隔离梁，位于所述牺牲层上方的部分介质薄膜层分别形成若干悬臂梁的第一层介质层和若干位于两悬臂梁之间的隔离梁，位于所述金属反光板上方的介质薄膜层形成红外吸收介质层；

⑦在所述悬臂梁的第一层介质层上方淀积第二层金属薄膜层，并通过掩膜蚀刻得到悬臂梁的第二层金属层；

⑧在所述金属反光板的红外吸收介质层上方淀积多晶硅层；

⑨将所述多晶硅层转换成具有纳米森林结构的黑硅红外吸收增强层；

⑩将所述牺牲层全部释放，得到非制冷光读出红外焦平面阵列结构。

作为本发明的进一步改进，在所述步骤③，通过掩模板蚀刻将需要的图形转移到所述金属薄膜层上；在所述步骤⑥，通过掩模板蚀刻将需要的图形转移到所述介质薄膜层上；在所述步骤⑨，通过掩膜蚀刻将所述多晶硅层转换成具有纳米森林结构的黑硅红外吸收增强层。

本发明的有益效果是：该非制冷光读出红外焦平面阵列结构和制作方法，采用透明衬底作为器件的衬底，然后在此基础上实现双材料悬臂梁结构的制成，并最后在原始红外吸收层上方淀积多晶硅，然后采用蚀刻的方法实现黑硅结构红外吸收增强层，最终实现整个器件的制作，不仅工艺简单，能够后期工艺兼容，而且通过在阵列探测器的原始红外吸收层上制作黑硅介质层，能够大幅度增强红外吸收效率，从而大幅度提高器件的响应度和灵敏度。

附图说明

图1为本发明制作过程示意图之一；

图2为本发明制作过程示意图之二；

图3为本发明制作过程示意图之三；

图4为本发明制作过程示意图之四；

图5为本发明制作过程示意图之五；