[发明专利]一种柔性热释电探测器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种柔性热释电探测器及其制作方法，涉及高精度探测技术。针对现有技术中单晶或陶瓷无法应用在柔质薄膜上的问题提出本方案。主要利用敏感单元和柔质衬底分别制作结合转印的方式，将单晶或陶瓷材料支撑的敏感单元附着于柔性衬底上。优点在于，敏感单元仅有几百纳米的厚度，大大减小热容，这使得探测响应速度非常快。解决了难以将高性能的单晶或陶瓷制备在柔性衬底上的问题。将单晶或陶瓷材料与柔性衬底相结合，一方面保留了优良的热释电性能，另一方面利用柔性衬底可以扩大探测器的视野范围与灵活性，并有望应用在人体生物医疗等柔性传感器领域。

技术领域

本发明涉及高精度探测技术，尤其涉及一种柔性热释电探测器及其制作方法。

背景技术

在诸多基于光热效应的探测器中，热释电探测器响应速度快，灵敏度高，具有很好的发展前景。热释电探测器是基于材料的热释电特性而制成的，当探测器吸收电磁辐射进而导致其温度变化时，材料内部的极化强度和极化方向随之变化，从而释放原本吸附在材料表面的电荷。在材料极化的垂直方向的表面制作电极形成类似电容的结构，就可以引出电信号。与其它基于光热效应的探测器最大的不同之处在于热释电电流的大小与温度变化的速度成正比，而不是温度的绝对变化量。这一点在探测高速变化的红外光或高速移动的物体时具有特别突出的优势。

材料内部极化的变化非常迅速，可以达到10-¹²s，所以热释电材料具有很大的潜力制备高速探测器。但目前的热释电探测器响应速度和灵敏度还难以与光子型探测器相比。首先，要提高响应速度，就要尽量减小热释电材料的厚度，以减小其热容来增加其对温度变化的敏感性。但直接在带有下电极的衬底上制备高性能的热释电薄膜具有很高的成本和技术难度。其次，要提高灵敏度，就要使敏感单元与衬底及环境之间的热交换尽可能的低，即需要衬底具有较好的热绝缘性，这样相同的入射光带来的敏感单元的温度变化就会更加显著。然而，更好的热绝缘带来更高灵敏度的同时会使器件的响应速度变慢，这就需要根据实际应用的需要调整衬底的热绝缘性能。为了满足不同的热绝缘需求而在各种衬底上直接制备高质量的热释电薄膜更是非常困难的。

热释电材料主要有单晶、陶瓷和聚合物组成。聚合物材料可弯曲和可拉伸的性能可以适应多种表面，被广泛应用于人体生物医疗领域。但和单晶或陶瓷相比热释电聚合物材料的热释电性能差的多，且熔点及居里温度较低。目前基于陶瓷和单晶材料的热释电红外探测器都是基于刚性衬底上制备的，由于工艺温度等限制难以在柔性衬底上直接制备陶瓷或单晶热释电薄膜。

发明内容

本发明目的在于提供一种柔性热释电探测器及其制作方法，以解决上述现有技术存在的问题。

本发明所述柔性热释电探测器，包括层叠设置的下电极和柔性衬底；下电极上端面设有若干敏感单元，下电极上端面设有绝缘层；所述敏感单元上端面露出绝缘层，并设有上电极。

所述柔性衬底的材料是聚二甲基硅氧烷或聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯。

所述敏感单元是单晶材料或陶瓷材料。

在上电极的上表面还铺设有吸收层。

敏感单元下方还设有空腔凹槽，所述空腔凹槽贯通下电极并向柔性衬底延伸；空腔凹槽面积小于敏感单元。

所述空腔凹槽的深度为10μm，面积为200×200μm²；敏感单元的面积为300×300μm²。

一种柔性热释电探测器的制作方法，包括以下步骤：

S1、在第一硬质衬底上制作柔性衬底并剥离，在所述柔性衬底上制作下电极；

S2、在第二硬质衬底上制作牺牲层，在牺牲层上制作敏感薄膜；

S3、将敏感薄膜分割成若干个独立的敏感单元，并在每一敏感单元上制作上电极；

S4、腐蚀去掉牺牲层；