一种基于超表面的红外探测器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于超表面的红外探测器及其制备方法，包括上下正对的两个腔体，上方腔体的底部设置具有光磁电效应的半导体材料形成的红外探测层，并在上方腔体顶部设有只允许特定波长的红外光透过并入射到红外探测层的超表面层，同时实现了对外界的杂散光源隔离和热隔离，有效提高了红外探测器的抗干扰能力

【技术实现步骤摘要】
一种基于超表面的红外探测器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种红外探测器及其制备方法，具体涉及一种基于超表面的红外探测器及其制备方法
。

技术介绍

[0002]红外探测器广泛现已被应用于航天测绘
、
环境监测和火灾预警等领域
。
随着物联网技术和无线传感网络的发展，人们对红外探测器的微型化和高集成度提出了越来越高的要求
。
目前常见的红外探测器按照工作温度主要分为两类，一类是制冷型红外探测器，主要包含光电导红外探测器和光伏型红外探测器，这种类型的红外探测器本质上是一个光子探测器，需要在低温下（
77K
甚至更低的液氮温度下）才能发挥最佳性能，这类型的光电探测器灵敏度高，响应速度快，但是由于工作时需要制冷，因此集成度较差且功耗较高；另一类是非制冷型红外探测器，常见基于铁电材料的热释电型红外探测器，其优点是无需制冷
、
体积小
、
功耗低，但是其缺点是抗干扰能力差，容易受到各种光源和热源的干扰
。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：针对上述现有技术，提出一种基于超表面的红外探测器及其制备方法，以解决现有红外探测器低功耗和高集成度难以兼容和抗干扰能力差的问题
。
[0004]技术方案：一种基于超表面的红外探测器，包括：第一衬底
、
第二衬底
、
永磁体层
、
第一绝缘层
、
红外探测层
、
>欧姆接触区
、
第二绝缘层
、
金属互联区
、
第三绝缘层
、
第一真空腔
、
超表面层
、
电极
、
第二真空腔；所述永磁体层设置在第一衬底的下表面并完全覆盖第一衬底的下表面，所述第一绝缘层位于第一衬底的上表面并完全覆盖第一衬底的上表面；所述第二衬底位于第一绝缘层的上表面，所述第三绝缘层位于第二衬底的上表面并覆盖第二衬底的上表面；所述第一真空腔贯穿第二衬底，所述红外探测层位于第一绝缘层的上表面中央并覆盖第一真空腔的底部，所述红外探测层的材料为具有光磁电效应的半导体材料，所述欧姆接触区位于红外探测层的左右两侧；所述第一真空腔由第二衬底
、
红外探测层和第三绝缘层包围形成；只有红外光能够通过的所述超表面层位于第三绝缘层的上表面中央，其垂直方向上的投影覆盖第一真空腔；所述第二真空腔位于第一衬底内，并由第一衬底和第一绝缘层包围形成；所述电极位于第三绝缘层的上表面，并通过贯穿第三绝缘层和第二衬底的金属互联区连接欧姆接触区；所述欧姆接触区
、
金属互联区与第二衬底之间设置所述第二绝缘层
。
[0005]进一步的，所述第一衬底与第二衬底的材料为单晶硅或玻璃，第一衬底的厚度为
100
‑
2000
μ
m
，第二衬底的厚度为5‑
200
μ
m。
[0006]进一步的，所述永磁体层的材料为
SmCo
基永磁合金
、NdFeB
永磁合金
、AlNiCo
永磁合金以及
CoNiMnP
永磁合金中的一种
。
[0007]进一步的，所述第一绝缘层的材料为二氧化硅或氮化硅，厚度为1‑
20
μ
m。
[0008]进一步的，所述红外探测层的材料为
Ge、InSb、InAs、PbS、CdS
中的一种，厚度为
0.1
‑
100
μ
m。
[0009]进一步的，所述第三绝缘层的材料和厚度与第一绝缘层相同
。
[0010]进一步的，所述超表面层的材料为
Au
，
Pt
，
Ti
，
Cr
中的一种，超表面层为具有六边形孔阵列的周期性结构
。
[0011]所述基于超表面的红外探测器的制备方法，包括：
S1
：选用
N
型
(100)
单晶硅片作为第一衬底，通过
PECVD
在第一衬底的上表面制备得到第一绝缘层；
S2
：通过光刻和感应耦合等离子体刻蚀，在第一衬底的下表面刻蚀出一些微孔，并在第一衬底的下表面淀积一层
TEOS
；
S3
：利用各向异性湿法腐蚀通过所述微孔在第一衬底上刻蚀出空腔，通过湿法腐蚀去除
TEOS
并在真空中通过外延封闭微孔得到第二真空腔；
S4
：通过磁控溅射和退火在第一衬底的下表面制备得到永磁体层；
S5
：通过光刻和蒸镀的方式在第一绝缘层的上表面制备一层具有光磁电效应的半导体材料薄膜；
S6
：通过对
S5
得到的薄膜进行光刻和掺杂，在薄膜的左右两侧形成欧姆接触区，同时得到中间的红外探测层；
S7
：通过磁控溅射和光刻剥离，在所述薄膜的两侧紧邻欧姆接触区处制备一层导电金属；
S8
：选用
N
型
(100)SOI
片，其器件层作为第二衬底，埋氧层作为第三绝缘层，通过光刻和
PECVD
在第二衬底的上表面制备一层绝缘层；
S9
：通过两次光刻和
ICP
刻蚀，分别在第二衬底的中央刻蚀出空腔，刻蚀停止在埋氧层，以及在空腔两侧刻蚀出硅通孔，刻蚀停止在
SOI
体硅层；
S10
：在真空中通过粘接的方式将
S7
得到的硅片上表面与
S9
得到的
SOI
片器件层上表面键合在一起，得到第一真空腔；
S11
：通过
TMAH
湿法腐蚀去除
SOI
片的体硅层并暴露出
S9
制备的硅通孔；
S12
：通过
PECVD
在硅通孔内壁制备一层绝缘层，得到第二绝缘层；
S13
：通过两次磁控溅射和光刻剥离，得到填充了硅通孔的金属互联区和电极；
S14
：通过磁控溅射和光刻，得到只有红外光能够通过的超表面层，完成器件的制备
。
[0012]有益效果：
1.
本专利技术利用超表面层只允许特定波长的红外光透过并入射到红外探测层，并将红外探测层设置在真空腔内，同时实现了对外界的杂散光源隔离和热隔离，有效提高了本专利技术红外探测器的抗干扰能力
。
[0013]2.
本专利技术利用光磁电效应探测红外光信号，可以直接输出电压信号，无需外部供能，也无需制冷，同时本专利技术的红外探测器的制备过程完全兼容
MEMS
工艺，因此兼具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于超表面的红外探测器，其特征在于，包括：第一衬底（1）
、
第二衬底（2）
、
永磁体层（3）
、
第一绝缘层（4）
、
红外探测层（5）
、
欧姆接触区（6）
、
第二绝缘层（7）
、
金属互联区（8）
、
第三绝缘层（9）
、
第一真空腔（
10
）
、
超表面层（
11
）
、
电极（
12
）
、
第二真空腔（
13
）；所述永磁体层（3）设置在第一衬底（1）的下表面并完全覆盖第一衬底（1）的下表面，所述第一绝缘层（4）位于第一衬底（1）的上表面并完全覆盖第一衬底（1）的上表面；所述第二衬底（2）位于第一绝缘层（4）的上表面，所述第三绝缘层（9）位于第二衬底（2）的上表面并覆盖第二衬底（2）的上表面；所述第一真空腔（
10
）贯穿第二衬底（2），所述红外探测层（5）位于第一绝缘层（4）的上表面中央并覆盖第一真空腔（
10
）的底部，所述红外探测层（5）的材料为具有光磁电效应的半导体材料，所述欧姆接触区（6）位于红外探测层（5）的左右两侧；所述第一真空腔（
10
）由第二衬底（2）
、
红外探测层（5）和第三绝缘层（9）包围形成；只有红外光能够通过的所述超表面层（
11
）位于第三绝缘层（9）的上表面中央，其垂直方向上的投影覆盖第一真空腔（
10
）；所述第二真空腔（
13
）位于第一衬底（1）内，并由第一衬底（1）和第一绝缘层（4）包围形成；所述电极（
12
）位于第三绝缘层（9）的上表面，并通过贯穿第三绝缘层（9）和第二衬底（2）的金属互联区（8）连接欧姆接触区（6）；所述欧姆接触区（6）
、
金属互联区（8）与第二衬底（2）之间设置所述第二绝缘层（7）
。2.
根据权利要求1所述的基于超表面的红外探测器，其特征在于，所述第一衬底（1）与第二衬底（2）的材料为单晶硅或玻璃，第一衬底（1）的厚度为
100
‑
2000
μ
m
，第二衬底（2）的厚度为5‑
200
μ
m。3.
根据权利要求1所述的基于超表面的红外探测器，其特征在于，所述永磁体层（3）的材料为
SmCo
基永磁合金
、NdFeB
永磁合金
、AlNiCo
永磁合金以及
CoNiMnP
永磁合金中的一种
。4.
根据权利要求1所述的基于超表面的红外探测器，其特征在于，所述第一绝缘层（4）的材料为二氧化硅或氮化硅，厚度为1‑
20
μ
m。5.
根据权利要求1所述的基于超表面的红外探测器，其特征在于，所述红外探测层（5）的材料为
Ge、InSb、InAs、PbS、CdS
中的一种，厚度为
0.1
‑
100
μ

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晓东，张鹏飞，徐瑶瑶，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：