[发明专利]一种热释电光谱探测器的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电及微机电系统技术领域，涉及一种热释电光谱探测器的制备方法，特别涉及一种用于有毒有害气体分析仪的热释电光谱探测器的制备方法。

背景技术

由于绝大部分有毒有害气体对某一波段的光谱都具有一定的吸收，所以依据这一光谱的吸收原理就能实现有毒有害气体分析仪的制备。一般地说，有毒有害气体对某一波段的光谱的吸收吻合比耳-朗伯定律：

P=P₀Exp(-kcl)

其中P₀为光源所产生的能量，P为通过存在待测气体环境后所剩余的能量，k为吸收系数，l为光源距探测器单元的距离，c为待测气体浓度。

在实际应用中，由光源发出的光辐射到被光谱传感器上转化为电压信号，传感器的电压输出受气室中气体吸收的影响而变化，气体浓度越高，被吸收的光越高，传感器上的输出电压越低，气体浓度越低，吸收的光越少，传感器输出的电压越高。传感器输出的电压经前置放大器、差分放大器放大后，进入单片计算机或DSP数字信号处理器进行计算，根据数学模型和有关参数计算出浓度。

光谱传感器是有毒有害气体分析仪的核心电子元器件，它的性能参数直接影响到气体分析仪的性能如检测灵敏度。可供选择的气体分析仪所用的光谱能量接收器件有热电堆型探测器、热敏电阻型探测器及热释电探测器三大类。热电堆型探测器电压响应信号较小，而且温度噪声太大。热敏电阻型探测器温度噪声太大，极难校正。所以热释电探测器是应用的主流。

根据光谱传感器器件所采用的光电功能材料的形态的不同，热释电传感器的技术路线共有两条可供选择；一条是采用陶瓷材料或晶体材料的混合式器件工艺技术路线，另一条是采用薄膜材料的集成式器件工艺技术路线。混合式器件的制备需要先把光敏元材料（铁电陶瓷）减薄、研磨、抛光后再蒸镀上下电极，随之再完成焊接封装，其工艺较为复杂，特别是在材料减薄工艺上，因而成品率很低成本较高，所谓器件是做出来的。集成式器件则可以在一块衬底上一次就完成热绝缘材料、下电极、铁电薄膜及上电极的生长，随后的工艺如划片、焊接及封装等就与陶瓷式一样了。它的优点是工艺较为简单、核心技术突破后成品率可以很高（一块5英寸片上可长出几千只单元器件，所谓器件是长出来的）。

目前各类有毒有害气体分析仪所用的光谱能量接收器件所用的大部分是混合式热释电器件，它的缺点有如下三个方面：一、混合式热释电器件工作频率较低，只能在低频段如0.1Hz-5Hz频率段工作才能满足较高的电压响应信号。而在这一低频段如0.1Hz-5Hz频率段，外界噪声很大如白噪声。二、混合式热释电器件受环境温度波动的影响较大，需精确的温度校正。三、混合式热释电器件受振动（如风）的影响较大，带来较大的噪声信号，影响零点的稳定。

而集成式热释电器件相对于混合式热释电器件来讲，可克服如上缺点：一、集成式热释电器件工作频率较高，可在高频段如10Hz-200Hz频率段工作亦能满足较高的电压响应信号。而在这一频段，避开了低频白噪声，满足ppm级气体浓度检测灵敏度。二、集成式热释电器件受振动（如风）的影响较小大，带来的噪声信号小，基本不影响零点的稳定。

因此，以集成式热释电器件代替混合式热释电器件作为气体分析仪所用的光谱能量接收器件将大大提高系统的信噪比，进而提高检测灵敏度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有实用价值的集成式热释电光谱探测器的制作方法，解决目前混合式热释电红外探测器存在的只能在低频段工作、受振动及风等外界环境变化影响较大，因而在用于气体分析仪的光谱能量接收器件时所带来的系统信噪比较差、检测灵敏度较低的缺点。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是提供一种用于有毒有害气体分析仪的热释电光谱探测器的制备方法，其步骤如下：

步骤一，以硅单晶为基体，在其上制备无机-有机杂化的多孔SiO₂薄膜为热绝缘结构薄膜。

步骤二，采用直流磁控溅射法在无机-有机杂化的多孔SiO₂薄膜上制备铂/钛金属薄膜为下电极薄膜并采用正胶剥离法完成图形化，其大小尺寸根据设计要求而定。

步骤三，采用射频磁控溅射法或溶胶凝胶法在铂/钛金属薄膜上制备光电薄膜并采用干发及湿发腐蚀法完成图形化，其大小尺寸根据设计要求而定。

步骤四，采用直流磁控溅射法或真空热蒸发法在光电薄膜上制备上电极薄膜并采用干发及湿发腐蚀法完成图形化，其大小尺寸根据设计要求而定。

步骤五，采用等离子增强化学沉积法在上电极薄膜上生长一层芯片保护层，并按设计要求完成划片。