【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于热释电传感领域，具体涉及一种多通道锆钛酸铅热释电探测器及其制备方法。
技术介绍
1、红外探测器在日常生产生活中有着广泛的应用，可应用于军事，航空，控制系统检测，医疗诊断等方面。其中光子探测器需要制冷才能得到较高的信噪比，这增加了光子探测器的体积和成本，限制了其应用场景。相比之下，热探测器制造简单、稳定性高、无需制冷设备即可工作，并且具有极宽的响应波段，但传统的热红外探测器缺乏光谱选择性，需要依赖分立式滤光片进行窄带滤光。因此，使探测器具有光谱选择特性对突破传统热红外探测器系统集成度瓶颈的问题具有重要意义。
2、现有技术解决热红外探测器缺乏光谱选择性的问题主要通过以下几种方法：基于人工微结构的光谱选择性红外热敏探测器利用人工微结构，可以减少探测器的热导率，通过光谱抑制不需要的热辐射，同时降低热电容，从而提高热探测器的性能。这种方法可以避免额外的滤光片，实现光谱选择性，简化制作工艺并降低成本。
3、基于微纳结构的mems红外窄带热光源，通过在光源表面附加微纳结构，如纳米硅结构、光子晶体、光栅以及超表面等，可以改善红外热辐射发射。这些结构可以借助表面等离子体共振、准连续体束缚态等效应，实现特定波长的辐射增强，从而提供光谱选择性。
4、集成光学天线的超构材料吸收体：将基于光学天线的超构材料吸收体集成到探测器像元上，使中红外探测器具有像元级的光谱选择性，即窄带探测功能。超构材料吸收体由金属光学天线阵列组成，可以选择性地吸收特定光谱的光，作为吸收式滤光单元。
5、传统探测器实现光
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷，本专利技术提供一种多通道锆钛酸铅热释电探测器及其制备方法，其目的在于解决传统热释电探测器对滤光片等分立光学元件的依赖问题，减小探测器的体积及复杂度。
2、根据本专利技术第一方面，提供一种锆钛酸铅热释电探测器，具体结构为：自下而上依次为衬底与探测层；所述衬底上具有上下贯穿的空腔；所述探测层自下而上依次包括下电极、锆钛酸铅层、上电极、介质层以及超表面层；所述锆钛酸铅层位于所述下电极的中间区域，且所述下电极的四周边缘未覆盖所述锆钛酸铅层；所述锆钛酸铅层上覆盖所述上电极；所述上电极的中间区域覆盖所述介质层，所述上电极的四周边缘未覆盖所述介质层；所述介质层上覆盖所述超表面层；所述超表面层在所述衬底上的正投影位于所述空腔内。
3、优选地，每个空腔上设置一个探测层；相邻探测层之间不接触。
4、优选地，所述衬底的材料为硅；
5、优选地，所述介质层的材料选自二氧化硅、硅、锗中的一种或者多种；
6、优选地，所述超表面层的材料选自金、银、铝或铜；
7、优选地，所述下电极的材料为铂；
8、优选地，所述上电极的材料选自金、银、铜或铝。
9、优选地，所述介质层的厚度为10nm～10μm；所述锆钛酸铅层的厚度为0.1μm～10μm；所述超表面层的厚度为10nm～10μm。
10、优选地，所述超表面层为周期排布的电磁天线阵列。
11、优选地，所述电磁天线阵列的相邻的电磁天线的中心间距为10nm～15μm。
12、优选地，所述电磁天线为圆盘形天线或十字形天线。
13、优选地，所述圆盘形天线的半径为10nm～10μm；所述十字形天线的棒长为10nm～10μm，所述十字形天线的棒宽为10nm～10μm。
14、根据本专利技术第一方面，提供一种所述的锆钛酸铅热释电探测器的制备方法，包括如下步骤：
15、s1、选取锆钛酸铅晶圆，所述锆钛酸铅晶圆由三层组成，自下而上依次为衬底、下电极、锆钛酸铅层；在所述锆钛酸铅晶圆的下表面生长掩膜层；
16、s2、采用光刻和刻蚀工艺，以对锆钛酸铅层的四周边缘进行刻蚀，使所述下电极露出，保留下电极中间区域的锆钛酸铅层；
17、s3、通过光刻和电子束蒸发工艺，在所述锆钛酸铅层上生长上电极；
18、s4、通过化学气相沉积工艺或者电子束蒸发工艺，在所述上电极及露出的下电极上生长介质层，以使所述介质层包覆所述上电极与露出的下电极；
19、s5、通过光刻和电感耦合等离子体刻蚀工艺对所述介质层进行刻蚀，只保留得到所述上电极中间区域上的介质层，所述上电极的四周边缘暴露；
20、s6、使用光刻和电子束蒸发工艺，在步骤s5得到的介质层上镀上一层超表面层金属材料，然后使用溶脱剥离工艺得到超表面层；
21、s7、对所述掩膜层进行光刻和刻蚀，使所述衬底漏出，确保所述超表面层在所述衬底上的正投影位于漏出的衬底内；
22、s8、对步骤s7漏出的衬底进行刻蚀，以在所述衬底上得到上下贯穿的空腔，至此得到所述锆钛酸铅热释电探测器。
23、优选地，步骤s1中，所述掩膜层的材料选自氮化硅、氧化硅、光刻胶、金、铬、银、铜、钽或铝。
24、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
25、1、本专利技术将光学超表面结构与热探测器进行集成设计，其中光学天线会在电磁波激励下形成局域表面等离激元共振，这种电磁共振只有在特定的频率范围内才会产生，起到了波长选择的作用，功能上等同于滤光片，解决了传统热释电探测器对滤光片等分立光学元件的依赖问题，减小了探测器的体积及复杂度；同时本专利技术能够通过调整超表面层的尺寸和形状实现对不同波段光谱的响应。
26、2、本专利技术设置多个间隔设置的空腔，通过阵列排布的形式在同一个芯片区域形成多个空腔，每一个空腔上相对应不同的超表面层图形，响应不同频率的电磁波，使一个通道响应一种光谱，从而形成对不同电磁波频域响应的多通道探测器，实现单一场景下多种气体的测试；同时不同结构和尺寸的天线可一次性集成于探测器上，一致性好，易于批量制备。
27、3、本专利技术采用硅衬底为空腔结构，降低了探测器的热传导，使得电磁辐射转化的热量更多的作用于锆钛酸铅热释电转化，同时降低了相邻通道间的热量传导，使探测器具有更佳的灵敏度和响应度；本专利技术采用锆钛酸铅层用于吸收预设波段的电磁辐射并转化为电信号；本专利技术的上电极和下电极用于形成外接电路，检测电路中的热释电电流并输出电信号；本专利技术的上电极同时还具备金属反射层的作用。
28、4、本专利技术将光学超表面结构与热探测器进行集成设计，制备方法工艺简单，集成度高且响应迅速，实现了将不同结构和尺寸的天线一次性集成于探测器表面，构成多通道探测器，减小了探测器的体积及复杂度，同时增强了探测器对特定波长或波段的吸收，提高了探测器的响应度的技术效果。
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1.一种锆钛酸铅热释电探测器，其特征在于，具体结构为：自下而上依次为衬底(1)、探测层；所述衬底(1)上具有上下贯穿的空腔(7)；所述探测层自下而上依次包括下电极(2)、锆钛酸铅层(3)、上电极(4)、介质层(5)以及超表面层(6)；所述锆钛酸铅层(3)位于所述下电极(2)的中间区域，且所述下电极(2)的四周边缘未覆盖所述锆钛酸铅层(3)；所述锆钛酸铅层(3)上完全覆盖所述上电极(4)；所述上电极(4)的中间区域覆盖所述介质层(5)，所述上电极(4)的四周边缘未覆盖所述介质层(5)；所述介质层(5)上覆盖所述超表面层(6)；所述超表面层(6)在所述衬底(1)上的正投影位于所述空腔(7)内。
2.根据权利要求1所述的一种锆钛酸铅热释电探测器，其特征在于，所述衬底(1)上具有间隔设置的空腔(7)，每个空腔(7)上对应设置一个探测层；相邻探测层之间不接触。
3.根据权利要求1所述的一种锆钛酸铅热释电探测器，其特征在于，所述衬底(1)的材料为硅；
4.根据权利要求1所述的一种锆钛酸铅热释电探测器，其特征在于，所述介质层(5)的厚度为10nm～10μm；
5.根据权利要求1所述的一种锆钛酸铅热释电探测器，其特征在于，所述超表面层(6)为周期排布的电磁天线阵列。
6.根据权利要求5所述的一种锆钛酸铅热释电探测器，其特征在于，所述电磁天线阵列的相邻的电磁天线之间的中心间距为10nm～15μm。
7.根据权利要求6所述的一种锆钛酸铅热释电探测器，其特征在于，所述电磁天线为圆盘形天线或十字形天线。
8.根据权利要求7所述的一种锆钛酸铅热释电探测器，其特征在于，所述圆盘形天线的半径为10nm～10μm；所述十字形天线的棒长为10nm～10μm，所述十字形天线的棒宽为10nm～10μm。
9.根据权利要求1～8中任意一项所述的锆钛酸铅热释电探测器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种锆钛酸铅热释电探测器的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述掩膜层的材料选自氮化硅、氧化硅、光刻胶、金、铬、银、铜、钽或铝。
...【技术特征摘要】
1.一种锆钛酸铅热释电探测器，其特征在于，具体结构为：自下而上依次为衬底(1)、探测层；所述衬底(1)上具有上下贯穿的空腔(7)；所述探测层自下而上依次包括下电极(2)、锆钛酸铅层(3)、上电极(4)、介质层(5)以及超表面层(6)；所述锆钛酸铅层(3)位于所述下电极(2)的中间区域，且所述下电极(2)的四周边缘未覆盖所述锆钛酸铅层(3)；所述锆钛酸铅层(3)上完全覆盖所述上电极(4)；所述上电极(4)的中间区域覆盖所述介质层(5)，所述上电极(4)的四周边缘未覆盖所述介质层(5)；所述介质层(5)上覆盖所述超表面层(6)；所述超表面层(6)在所述衬底(1)上的正投影位于所述空腔(7)内。
2.根据权利要求1所述的一种锆钛酸铅热释电探测器，其特征在于，所述衬底(1)上具有间隔设置的空腔(7)，每个空腔(7)上对应设置一个探测层；相邻探测层之间不接触。
3.根据权利要求1所述的一种锆钛酸铅热释电探测器，其特征在于，所述衬底(1)的材料为硅；
4.根据权利要求1所述的一种锆钛酸铅热释电探测器，其特征在于，所述介质层(5)的厚度为...
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