新型紅外探測(cè)器敏感元與關(guān)鍵部件的技術(shù)研究.pdf

1、紅外傳感和探測(cè)是一種被廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵性技術(shù)，它是整個(gè)紅外技術(shù)的核心，有著廣泛的應(yīng)用前景。不僅應(yīng)用在偵察、夜視等軍用領(lǐng)域，而且逐漸擴(kuò)展到工業(yè)檢測(cè)、醫(yī)療衛(wèi)生等民用領(lǐng)域，具有重大的應(yīng)用價(jià)值。隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)，材料，物理等基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展，一些新型的探測(cè)器被不斷地開(kāi)發(fā)出來(lái)。特別是MEMS技術(shù)廣泛應(yīng)用于紅外探測(cè)器，更為紅外探測(cè)器開(kāi)辟了嶄新的領(lǐng)域。 紅外探測(cè)器分為光子探測(cè)器和熱探測(cè)器兩種，光子探測(cè)器的主要優(yōu)點(diǎn)是探測(cè)靈敏度高，響應(yīng)速度快，具有

2、較高的響應(yīng)率，但光子探測(cè)器一般需要在低溫下工作，探測(cè)波段較窄；熱探測(cè)器的主要優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)波段寬，可以在室溫工作，使用簡(jiǎn)單，但熱探測(cè)器由于宏觀樣品的加熱與冷卻是一個(gè)緩慢的過(guò)程，因此響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，探測(cè)靈敏度低。 鑒于傳統(tǒng)熱探測(cè)器和光子探測(cè)器受自身工作原理的限制存在著無(wú)法避免的缺陷，本課題提出了基于MEMS室溫氣動(dòng)紅外探測(cè)器的基本構(gòu)想。它是MEMS技術(shù)與Golay cell紅外探測(cè)器的結(jié)合。傳統(tǒng)的Golay探測(cè)器利用固體吸收然后加熱氣體

3、，而本探測(cè)器采用的是氣體直接吸收。因此本探測(cè)器具有無(wú)需制冷、快速響應(yīng)、高靈敏度及波段選擇性的特點(diǎn)。 本文系統(tǒng)研究了器件的敏感元和關(guān)鍵部件、制備工藝、封裝測(cè)試。主要內(nèi)容如下： 1.回顧了紅外探測(cè)器的發(fā)展歷程，系統(tǒng)介紹了MEMS技術(shù)概況和各種基于MEMS技術(shù)的室溫紅外探測(cè)器。 2.理論分析了薄膜厚度和初始應(yīng)力對(duì)器件機(jī)械靈敏度的影響，提出了制備大薄膜和小應(yīng)力的褶皺膜來(lái)改善其靈敏度；制備超大薄膜的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了微缺陷對(duì)薄

4、膜制備的影響，理論分析了微缺陷對(duì)薄膜制備過(guò)程中擴(kuò)硼濃度的影響，結(jié)合試驗(yàn)對(duì)工藝進(jìn)行了優(yōu)化，制備出了超平整薄膜，面積比原來(lái)大了近一倍；總結(jié)出了超薄膜的標(biāo)準(zhǔn)工藝流程，并對(duì)褶皺膜的制備工藝進(jìn)行了探索，提出和解決了薄膜制備中需要注意的其他工藝事項(xiàng)，使超薄膜的成品率有很大的提高。 3.分析了微電容檢測(cè)腔的結(jié)構(gòu)特性及其微通道在器件中的重要作用，結(jié)合試驗(yàn)確定了最佳的微通道深度，總結(jié)出了制備微通道的工藝流程。改進(jìn)了器件的封裝和粘合工藝，給出了器件

5、封裝過(guò)程中需要注意的一些細(xì)節(jié)問(wèn)題，總結(jié)出了一套完整的器件封裝工藝流程，使封裝更方便，重復(fù)性有了很大的提升 4.對(duì)器件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用增透膜代替硅片作為窗口層，提高紅外窗口的透射率。 5.通過(guò)上述的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和工藝改進(jìn)，成功制備出了紅外探測(cè)器。分別利用硅片和增透膜窗口封裝器件，進(jìn)行了激光和黑體測(cè)試。用增透膜封裝的器件在1mW的激光信號(hào)下響應(yīng)良好，并且在500K，距離為8cm時(shí)有明顯黑體的響應(yīng)，和以前相比靈敏度提高了