新型紅外探測器敏感元與關(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、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，一些新型的探測器被不斷地開發(fā)出來。特別是MEMS技術(shù)廣泛應(yīng)用于紅外探測器，更為紅外探測器開辟了嶄新的領(lǐng)域。 紅外探測器分為光子探測器和熱探測器兩種，光子探測器的主要優(yōu)點(diǎn)是探測靈敏度高，響應(yīng)速度快，具有

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

3、，而本探測器采用的是氣體直接吸收。因此本探測器具有無需制冷、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、封裝測試。主要內(nèi)容如下： 1.回顧了紅外探測器的發(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)的室溫紅外探測器。 2.理論分析了薄膜厚度和初始應(yīng)力對器件機(jī)械靈敏度的影響，提出了制備大薄膜和小應(yīng)力的褶皺膜來改善其靈敏度；制備超大薄膜的過程中，發(fā)現(xiàn)了微缺陷對薄

4、膜制備的影響，理論分析了微缺陷對薄膜制備過程中擴(kuò)硼濃度的影響，結(jié)合試驗(yàn)對工藝進(jìn)行了優(yōu)化，制備出了超平整薄膜，面積比原來大了近一倍；總結(jié)出了超薄膜的標(biāo)準(zhǔn)工藝流程，并對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、封裝過程中需要注意的一些細(xì)節(jié)問題，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)行了激光和黑體測試。用增透膜封裝的器件在1mW的激光信號下響應(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