光學讀出紅外探測器的兩種制造方法

工欲善其事，必先利其器。在全球化的今天，專利已不僅僅是創(chuàng)新的一種保護手段，它已成為商業(yè)戰(zhàn)場中的利器。麥姆斯咨詢傾情打造MEMS、傳感器以及物聯(lián)網(wǎng)領域的專利運營平臺，整合全產(chǎn)業(yè)鏈知識產(chǎn)權資源，積極推動知識產(chǎn)權保護與有效利用。光學讀出紅外探測器的像素結構一般包括：錨、支撐梁（包括雙材料梁和隔熱梁）和可動微鏡。錨站立于襯底之上，可動微鏡通過支撐梁與錨相聯(lián)接，并懸浮于襯底之上。雙材料梁一般由兩種熱膨脹系數(shù)相差較大的材料構成，如由金屬材料和介質(zhì)材料構成；隔熱梁由熱導系數(shù)較小的材料構成；可動微鏡部分一般包括可見光反射層和紅外吸收層。目前的光學讀出紅外探測器，一般基于硅襯底進行器件結構和工藝設計，其制作方法可以分為兩類：

圖1 基于表面微機械加工技術制作的光學讀出紅外探測器一類是采用表面微機械加工技術制作（如圖1所示），以硅為襯底，以氧化硅、磷硅玻璃、多晶硅為犧牲層，一般采用濕法腐蝕釋放像素結構。由于不需要去除襯底硅，器件的機械強度好，像素之間沒有熱串擾；由于犧牲層厚度只有幾微米，采用這種方法制作的光學讀出紅外探測器陣列釋放后的像素很容易和硅襯底發(fā)生粘連，另外紅外輻射需要透過硅襯底才能入射到像素結構中的紅外吸收層上，而硅在8-14μm波長范圍內(nèi)的紅外透過率大約為50％左右，也就是說這類器件的紅外輻射利用率一般在50％左右。

圖2 基于體硅微機械工藝制作的光學讀出紅外探測器另一類是采用體硅微機械工藝制作（如圖2所示），一般采用深反應離子刻蝕（DRIE）方法去除像素下方的硅襯底釋放像素陣列，紅外輻射能無遮擋地入射到像素結構中的紅外吸收層上，大幅提高了紅外輻射的利用率；由于像素結構下的硅襯底被去除，避免了像素和襯底的粘連；但是深反應離子刻蝕過程中高能粒子的轟擊會對像素結構帶來一定程度的損傷，去除像素下方的硅襯底會造成器件的機械強度下降；另外如果像素下方的硅襯底被全部去除時，像素之間會有嚴重的熱串擾。在目前的方案中，可見光反射層通常直接沉積在紅外吸收層之上，一方面由于雙材料效應會導致可動微鏡形變，導致器件靈敏度下降；另一方面，可見光反射層面積占整個像素面積的比例較小，像素間無讀出信號的空間較大，像素可見光利用率低。因此，目前的制作方法，還不能同時滿足光學讀出紅外探測器對器件機械強度、熱串擾、像素的無損釋放、紅外輻射利用率、可動微鏡平整度和可見光利用率等方面的要求。【推薦發(fā)明專利】《一種光學讀出紅外探測器結構及其制作方法》【發(fā)明內(nèi)容】本發(fā)明提供了一種改進的光學讀出紅外探測器結構及其制作方法。探測器結構包括：玻璃襯底和通過第二錨懸空于玻璃襯底上的懸浮結構；懸浮結構包括可見光反射層、紅外吸收層以及支撐梁。其中，可見光反射層懸空于上述玻璃襯底，紅外吸收層通過第一錨懸空于可見光反射層上，支撐梁懸空于可見光反射層上，并且，支撐梁的一端與同一平面內(nèi)的紅外吸收層相連、另一端通過第二錨固定于玻璃襯底上。

圖3 本發(fā)明的改進型光學讀出紅外探測器結構剖視圖本發(fā)明基于鍵合技術的光學讀出紅外探測器陣列的制作方法，具有以下有益效果：1、增加了第一犧牲層厚度，采用干法釋放，確保像素結構的安全釋放；2、以完整的玻璃為襯底，像素結構制作在玻璃襯底上，使器件具有良好的機械強度并避免了像素之間的熱串擾；3、紅外輻射直接入射到紅外吸收層上，提高了器件的紅外輻射利用率；4、可見光反射層和紅外吸收層在空間上被分開，可見光反射層不再存在由于雙材料效應導致的變形，并且可見光反射面尺寸的的增加大大提高了可見光的利用率。