基于黑硅吸收层及多层组合膜结构的红外探测器敏感元件

摘要

本发明涉及红外气体探测器的敏感元件，具体是一种基于黑硅吸收层及多层组合膜结构的红外探测器敏感元件。进一步提高了热释电薄膜型红外气体探测器的检测性能。由上至下包括红外敏感吸收层、上电极、热释电薄膜组合层、下电极、热隔离层、高热阻抗基底；红外敏感吸收层为具有锥状森林形貌结构的黑硅吸收层，热释电薄膜组合层为若干层PT薄膜和PZT薄膜交替设置构成的PT/PZT/PT～PT/PZT/PT多层薄膜结构；结构及加工工艺合理，具备良好的热吸收性能和热响应性能，能用于构建高性能红外气体探测器，满足环境安全、煤矿生产安全、以及危化品气体储运、煤气管道防泄、森林火灾防护、工业安全生产等领域中的监测需要。

主权项

一种基于黑硅吸收层及多层组合膜结构的红外探测器敏感元件，其特征在于：由上至下包括红外敏感吸收层（1）、热隔离层（2）、上电极（3）、热释电薄膜组合层（4）、下电极（5）、高热阻抗基底（6）；所述红外敏感吸收层（1）为具有锥状森林形貌结构的黑硅吸收层，所述热释电薄膜组合层（4）为若干层PT薄膜和PZT薄膜交替设置构成的PT/PZT/PT～PT/PZT/PT多层薄膜结构；所述敏感元件的加工步骤如下：1）、采用射频磁控溅射加工工艺在SOI基底上依次沉积Si3N4薄膜、SiO2薄膜，形成Si3N4/SiO2热隔离层；其中，Si3N4薄膜厚150nm，SiO2薄膜厚500nm； 2）、采用蒸镀加工工艺在Si3N4/SiO2热隔离层上依次沉积Ti层、Pt层，形成上电极；其中，Ti层厚80nm，Pt层厚150nm；3）、采用溶胶‑凝胶加工工艺在上电极上交替制备PT薄膜和PZT薄膜，形成PT/PZT/PT～PT/PZT/PT热释电薄膜组合层；所述热释电薄膜组合层厚小于等于1μm； 4）、采用等离子腐蚀法光刻图形化PT/PZT/PT～PT/PZT/PT热释电薄膜组合层； 5）、采用蒸镀工艺技术在PT/PZT/PT～PT/PZT/PT热释电薄膜组合层上依次沉积Pt层、Ti层，形成下电极，得到敏感元件半成品；其中，Ti层厚80nm，Pt层厚150nm； 6）、翻转敏感元件半成品，采取金属键合技术，将敏感元件半成品的下电极与高热阻抗基底进行键合；7）、采用腐蚀技术，选取相应溶剂，依次腐蚀SOI基底上的硅衬底及二氧化硅，保留顶层硅；8）、采用真空泵蒸技术和激光扫描轰击技术，将顶层硅加工成锥状森林形貌结构，形成红外敏感吸收层，得到敏感元件成品。