MEMS熱電堆紅外探測(cè)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造研究.pdf

1、在現(xiàn)代社會(huì)中，無(wú)論是軍用還是民用領(lǐng)域，紅外探測(cè)器都有越來(lái)越重要的地位。熱電堆紅外探測(cè)器作為非制冷型紅外探測(cè)器的一種，自20世紀(jì)80年代MEMS（微機(jī)械系統(tǒng)）工藝技術(shù)的引進(jìn)，陸續(xù)出現(xiàn)了IC兼容的微機(jī)械硅基紅外探測(cè)器類型，相較傳統(tǒng)方法制作的熱電堆器件具有低成本、低功耗、小型化等特點(diǎn)，受到國(guó)內(nèi)外研究人員越來(lái)越多的關(guān)注。但是近年來(lái)的研究在設(shè)計(jì)與工藝兼容方面始終存在一些弊端，因此本文針對(duì)結(jié)構(gòu)和工藝兼容進(jìn)行一系列創(chuàng)新，通過(guò)大量的工藝制備實(shí)驗(yàn)，完整的

2、得出一種制備簡(jiǎn)單、與CMOS兼容性強(qiáng)的新型熱電堆紅外探測(cè)器工藝流程。
　　本文的主要研究重點(diǎn)有：
　?。?）理論設(shè)計(jì)方面，針對(duì)成本和IC兼容性方面進(jìn)行了幾點(diǎn)創(chuàng)新，包括有：突破單層硅片干法刻蝕對(duì)尺寸的限制和SOI襯底價(jià)錢昂貴，不易于成批制造的缺點(diǎn)，采用了氧化層上的多晶硅（Si-SiO2-POLY）作為襯底；兩層熱偶條采用疊放的方式，有效節(jié)省結(jié)構(gòu)空間，中間采用LPCVD制作氧化硅作為熱電隔離。通過(guò)熱平衡分析設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)模型，從熱偶

3、條長(zhǎng)度、寬度、厚度、對(duì)數(shù)和吸收區(qū)邊長(zhǎng)幾個(gè)方面的優(yōu)化對(duì)比。
　?。?）工藝方面，針對(duì)本設(shè)計(jì)的探測(cè)器結(jié)構(gòu)，分析在制備過(guò)程中的工藝步驟。對(duì)這些工藝過(guò)程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比，實(shí)驗(yàn)包括有：多晶硅高深寬比凹槽（大于2μm）的刻蝕實(shí)驗(yàn)中側(cè)壁形貌和尺寸控制與刻蝕條件的關(guān)系；使用氧化硅進(jìn)行深槽填充時(shí)填充程度和填充后表面平整度的測(cè)試實(shí)驗(yàn)；關(guān)于在高深寬比結(jié)構(gòu)內(nèi)形成所需尺寸結(jié)構(gòu)的條件研究和XeF2干法釋放的條件實(shí)驗(yàn)等。并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析說(shuō)明。
　?。?）

4、另外，本文采用鹵素氣體對(duì)非晶硅進(jìn)行刻蝕出現(xiàn)的針狀結(jié)構(gòu)（“黑硅”）作為探測(cè)器的表面吸收層。通過(guò)不同刻蝕條件得到表面黑化程度不同的樣片；并對(duì)樣片的紅外吸收率進(jìn)行測(cè)試。
　　本文通過(guò)對(duì)各項(xiàng)工藝制備條件的對(duì)比，得到了不同實(shí)驗(yàn)中多組樣片結(jié)果，進(jìn)行了wafer表面或者掰片后側(cè)壁的電鏡測(cè)試。通過(guò)對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，最終驗(yàn)證了設(shè)計(jì)中各項(xiàng)創(chuàng)新點(diǎn)在實(shí)際工藝制備中的可行性。在克服所有工藝難題的基礎(chǔ)上，整合本設(shè)計(jì)的工藝制備步驟，成功的得出具有腐蝕自停止、