一種基于mems技術的全波段紅外焦平面陣列的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于MEMS技術的全波段紅外焦平面陣列的設計和制備方法，特別是關于一種從襯底側進行可見光讀出的全波段紅外焦平面陣列。本發(fā)明提供的全波段紅外焦平面陣列由微懸臂梁像元陣列和支撐微懸臂梁像元陣列的透明襯底組成，微懸臂梁像元由紅外敏感面和微懸臂梁支腿組成，紅外敏感面包括主結構層、紅外吸收結構層和光學反射鏡面。當紅外光輻射到焦平面陣列時，設計在紅外敏感面上的紅外吸收結構將吸收的能量轉換成熱能，使微懸臂梁像元發(fā)生偏轉，光學檢測系統(tǒng)通過透明襯底讀出微懸臂梁像元陣列的形變量和分布。本發(fā)明提供的紅外焦平面陣列通過在紅外敏感面上設置的超材料結構，可進行全波段紅外探測和成像，工作在非制冷環(huán)境下，可采用簡單的聚酰亞胺犧牲層工藝制造。
【專利說明】一種基于MEMS技術的全波段紅外焦平面陣列

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于紅外探測和微電子機械系統(tǒng)【技術領域】，涉及紅外焦平面陣列的設計和 制備方法，特別是涉及一種基于MEMS技術的透明襯底的全波段紅外焦平面陣列的設計和 制備方法。

【背景技術】
[0002] 紅外探測器是一種探測目標的紅外輻射并將紅外輻射轉化為可檢測量的設備。在 民用領域，紅外熱成像系統(tǒng)可制造汽車夜視儀、進行無損檢測等；在軍事領域，它可以突破 黑夜的障礙，實施夜間作戰(zhàn)，大幅度提高武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力。二戰(zhàn)時期開始出現(xiàn)了現(xiàn)代的 紅外探測技術，光子技術與半導體材料技術的結合以及集成電路的發(fā)展和軍事需求的刺激 作用，使得上世紀紅外探測器在短時間內得到了快速發(fā)展。
[0003] 傳統(tǒng)紅外探測器分為熱探測器和光子型紅外探測器。熱探測器的基本原理是吸收 紅外輻射后，溫度升高，可以使探測材料產(chǎn)生溫差電動勢、電阻率變化、自發(fā)極化強度變化、 或者氣體體積與壓強變化等，測量這些物理性能的變化就可以測定被吸收的紅外輻射能量 或功率。光子型探測器吸收光子后，本身發(fā)生電子狀態(tài)的改變從而引起內光電效應和外光 電效應等光子效應，從光子效應的大小可以測定被吸收的光子數(shù)。
[0004] 近年來，微懸臂梁式非制冷紅外探測器得到了廣泛重視，這種探測器的核心器件 是由多個雙材料微懸臂梁像元組成的焦平面陣列。利用金屬材料和半導體材料的熱膨脹系 數(shù)相差很大的特性，當焦平面陣列吸收紅外輻射產(chǎn)生溫度變化時，雙材料微懸臂梁像元由 于兩種材料熱膨脹系數(shù)的差別，會響應不同溫升產(chǎn)生不同的熱致形變，光學或電學方法讀 出焦平面陣列像元的形變量，即可實現(xiàn)紅外探測。這類紅外探測器具有更高的靈敏度和分 辨率，以及更快的響應速度，而制備成本卻更為低廉，體積、功耗更小。
[0005] 微懸臂梁式非制冷紅外探測器一般由自身對紅外輻射吸收率較高的材料制成，是 運用材料自身吸收能力的一種機制，但也受限于材料自身屬性，吸收頻率較為單一，吸收率 也不是十分理想。隨著近年來超材料結構的發(fā)展，將超材料應用于紅外探測領域成為一種 可能。超材料結構并非一種單一材料，而是將多種材料多種結構組合形成的特殊結構，可以 通過結構調整進行全波段的吸收并提高吸收率。將超材料結構應用于紅外探測器，就可以 不再受材料自身屬性制約，可對全波段的紅外輻射進行探測，拓展紅外探測器的應用領域。
[0006] 目前的微懸臂梁式非制冷紅外探測器是將微懸臂梁像元陣列制備在硅襯底上，紅 外輻射由襯底方向入射，微懸臂梁一側進行光學讀出。紅外輻射通過襯底面入射的紅外焦 平面陣列一是襯底要損耗部分紅外能量，使得探測器的靈敏度降低。另外，目前的微懸臂 梁式焦平面陣列均采用薄介質層或金屬層作為紅外吸收層，工作在8-14 μ m的長波紅外波 段，不能進行其他波段的選擇性探測。


【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種基于MEMS技術的全波段紅外焦平面陣列。本發(fā)明提供 的全波段紅外焦平面陣列由微懸臂梁像元陣列和支撐微懸臂梁像元陣列的襯底組成，其中 微懸臂梁像元由紅外敏感面和微懸臂梁支腿組成，紅外敏感面包括主結構層、紅外吸收結 構層和光學反射鏡面。為了實現(xiàn)全波段探測，本發(fā)明在紅外敏感面上設計超材料結構，通過 改變周期性諧振結構形狀和尺寸來實現(xiàn)不同紅外頻段的共振吸收。為了消除硅襯底引起 的能量損失，本發(fā)明采用正面紅外光入射、襯底面可見光讀出的方式，襯底可采用透明的玻 璃、石英圓片材料，這樣紅外輻射不再經(jīng)由硅襯底，大大提高了探測器的靈敏度。另外，如果 應用傳統(tǒng)的在硅襯底上制備微懸臂梁陣列，在紅外吸收結構層上制備超材料結構后，會影 響反射鏡面的平整度，從而影響光學讀出。本發(fā)明的制備工藝是先制備反射鏡面，最后制備 超材料結構中的周期性諧振結構，保證了鏡面的平整度和光學讀出的精準度。
[0008] 本發(fā)明提供的紅外焦平面陣列可進行全波段紅外探測和成像，工作在非制冷環(huán)境 下，可采用簡單的聚酰亞胺犧牲層工藝制造。當紅外光輻射到紅外焦平面陣列時，設計在紅 外敏感面上的紅外吸收結構將吸收的能量轉換成熱能，使微懸臂梁像元發(fā)生偏轉，光學檢 測系統(tǒng)通過透明襯底讀出微懸臂梁像元陣列的形變量和分布，最終通過數(shù)據(jù)圖像處理模塊 以光強圖像的方式將被測物體的紅外圖像顯示出來。
[0009] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案：
[0010] 一種MEMS全波段紅外探測焦平面陣列，它包括有多個微懸臂梁像元和支撐多個 微懸臂梁像元的襯底。所述支撐多個微懸臂梁像元的襯底是玻璃、石英片等透明材料，所述 襯底材料對可見光有高透射率，從而可以從襯底側進行光學讀出，紅外輻射從懸臂梁側入 射。本發(fā)明采用透明襯底作為光學讀出面，這樣使紅外輻射不經(jīng)過襯底直接輻射到紅外敏 感面，可消除紅外輻射從襯底側入射導致的硅襯底對紅外輻射的吸收，提高紅外焦平面陣 列的靈敏度。
[0011] 所述多個微懸臂梁像元可有64X64、128X128、256X256、512X512或 1024X1024等個數(shù)，所述多個微懸臂梁像元結構完全相同。所述微懸臂梁像元由紅外敏感 面和微懸臂梁支腿組成，所述紅外敏感面是懸空結構，通過微懸臂梁支腿固支在襯底上。所 述紅外敏感面包括主結構層、紅外吸收結構層和光學反射鏡面。
[0012] 所述主結構層由一層或多層半導體介質材料組成，如氮化硅、氧化硅等，用于支撐 紅外吸收結構層和光學反射鏡面，主結構層材料同時具有一定的紅外吸收能力，可以作為 紅外吸收結構層中的一部分，起到吸收紅外線輻射的作用。
[0013] 所述紅外吸收結構層為吸收紅外輻射并將其轉化成為熱能的結構。所述紅外吸收 結構層可以位于主結構層的上方或下方，也可以在多層主結構層中間；所述紅外吸收結構 層可以是超材料吸收結構、一層薄膜材料或多層薄膜材料，也可以是超材料吸收結構與一 層薄膜材料或多層薄膜材料疊加形成。所述薄膜材料可以是薄金屬層、金屬化合物、碳納米 管、石墨烯、半導體介質材料、有機高分子材料等。所述超材料吸收結構是由紅外反射層、介 質材料層和周期性諧振結構組成。所述紅外反射層為連續(xù)金屬薄膜，位于超材料吸收結構 的最下層。所述介質材料層位于位于紅外反射層和周期性諧振結構之間，采用透射紅外線 的材料，包括有機高分子聚會物材料，如聚酰亞胺、聚對二甲苯-C(Parylene-C)等，或半導 體介質材料，如二氧化硅、氮化硅和碳化硅等。所述周期性諧振結構為與目標紅外波頻段 有強烈諧振的單一諧振結構或周期性諧振結構，所述諧振結構可以是閉合的環(huán)型結構、單 側開口的劈裂環(huán)結構、一維或二維柵格結構等，所述諧振結構的尺寸及晶格常數(shù)根據(jù)探測 頻段波長的要求設計為亞波長，所述諧振結構可以采用金屬材料，如金、鋁、銅等，也可以采 用摻雜半導體材料，如摻雜的硅、鍺等，也可以是金屬硅化物材料，如鈦硅化合物、鈷硅化合 物、鎢硅化合物等。
[0014] 所述光學反射鏡面是反射檢測光的一層或多層薄層金屬材料。所述光學反射鏡面 可以是位于主結構層下表面的獨立薄層金屬，也可以是紅外吸收結構中的薄金屬層。
[0015] 所述微懸臂梁支腿包括形變支腿和熱隔離支腿，所述微懸臂梁像元通常包含有兩 個微懸臂梁支腿，位于紅外敏感面兩側，所述微懸臂梁支腿的排列方式包括直線式、折線 式、雙折線式和多折線式。所述形變支腿由兩種熱膨脹系數(shù)相差較大的材料組成,基體材料 為具有較小熱導率和熱膨脹系數(shù)的半導體介質材料，如氮化硅、氧化硅等；另一種材料為高 熱膨脹系數(shù)的金屬、聚合物等材料，形變支腿部分的設計的原則是獲得盡可能大的形變量； 所述形變支腿一端連接于紅外敏感面，使紅外敏感面吸收的熱量傳導至形變支腿。所述熱 隔離支腿僅包括熱導率小的半導體介質材料，該半導體介質材料可與形變支腿的基體材料 一致，所述熱隔離支腿位于形變支腿和襯底之間，以減小微懸臂梁像元的熱傳導，熱隔離支 腿部分的設計原則是獲得最大隔熱效率。
[0016] 所述全波段紅外探測焦平面陣列，一種制備方法包括以下步驟：
[0017] 1)以玻璃為襯底，旋涂聚酰亞胺并固化，形成大約2μπι厚的犧牲層；
[0018] 2)淀積金屬鋁500Α作為光學反射鏡面及紅外吸收結構中的反射層；
[0019] 3)第一次光刻，以光刻膠為掩膜腐蝕金屬，再以光刻膠和金屬共同作為掩膜，氧等 離子體各向異性刻蝕聚酰亞胺犧牲層，形成支撐錨點；
[0020] 4)第二次光刻，以光刻膠為掩膜腐蝕金屬，形成反射鏡面及超材料結構中的反射 層；
[0021] 5)淀積低應力氮化硅作為主結構層，厚度為200nm?Ιμ--，該厚度既要保證作為 主結構材料的強度，同時滿足超材料結構介質層厚度的要求；
[0022] 6)淀積金屬鋁作為形變支腿上層材料，鋁的厚度與氮化硅的厚度比介于0.4? 〇. 8,以滿足雙材料熱膨脹失配產(chǎn)生可檢測形變的要求；
[0023] 7)第三次光刻，以光刻膠為掩膜腐蝕鋁，形成形變支腿的上層結構；
[0024] 8)淀積金，用于制備紅外吸收結構層中的周期性諧振結構；
[0025] 9)第四次光刻，以光刻膠為掩膜刻蝕金屬金，形成周期性諧振結構；
[0026] 10)第五次光刻，以光刻膠和鋁共同作為掩膜，刻蝕氮化硅，形成包括紅外吸收層 中的半導體介質材料層、形變支腿下層結構、熱隔離支腿及支撐結構的主結構層；
[0027] 11)氧等離子體各向同性刻蝕聚酰亞胺犧牲層，釋放結構。
[0028] 綜上所述，本發(fā)明利用MEMS工藝，結合雙材料效應、紅外高效率吸收理論和光學 檢測技術，提出了一種背面可見光讀出的紅外焦平面陣列，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢：
[0029] 1)本發(fā)明改變了傳統(tǒng)微懸臂梁焦平面陣列紅外從背面入射的工作方式，提出在透 明襯底基片上制備微懸臂梁焦平面陣列，紅外輻射由紅外焦平面陣列的微懸臂梁面入射， 襯底面進行光學讀出，這樣可以使紅外輻射不經(jīng)過硅襯底直接輻射到紅外敏感面上，提高 紅外能量吸收率，從而提高紅外焦平面陣列的靈敏度。
[0030] 2)傳統(tǒng)的紅外探測器工作在單一波段，本發(fā)明提出將超材料結構集成到紅外吸收 結構中，利用主結構層材料、薄膜材料和超材料結構相結合作為紅外吸收結構層，可以進行 全波段紅外的探測，甚至進行太赫茲等波段的探測，應用范圍更加廣泛；
[0031] 3)本發(fā)明提出的聚酰亞胺犧牲層法制備工藝，與傳統(tǒng)體硅工藝相比，采用干法刻 蝕，選擇比更好，同時避免了因為液體表面張力引起的問題，焦平面陣列均勻性性得到提 升，而且制備工藝簡單、成本更低，可靠性高。

【專利附圖】

【附圖說明】：
[0032] 圖1為本發(fā)明提出的紅外探測焦平面陣列俯視結構示意圖；
[0033] 圖2為本發(fā)明提出的微懸臂梁像元俯視結構示意圖；
[0034] 圖3為本發(fā)明提出的紅外探測焦平面陣列剖面結構示意圖；
[0035] 圖4為本發(fā)明提出的微懸臂梁像元剖面結構示意圖；
[0036] 圖5為本發(fā)明提出的紅外探測焦平面陣列制備工藝流程圖。
[0037] 附圖中相同的附圖標記代表相同的部件。
[0038] 其中：
[0039] 1-微懸臂梁式像元；2-透明襯底；3-光學反射鏡面及紅外反射層；4-介質；5-諧 振結構；6-形變支腿；7-熱隔離支腿；8-支撐結構。

【具體實施方式】：
[0040] 為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明的結構 及方法作詳細描述。
[0041] 一種MEMS紅外探測焦平面陣列，它包括有多個微懸臂梁像元⑴和支撐多個微懸 臂梁像元的襯底（2)，所述支撐多個微懸臂梁像元的襯底（2)是玻璃、石英片等透明材料， 所述襯底材料對可見光有高透射率，從而可以從襯底側進行光學讀出，這樣使紅外線可以 不經(jīng)過襯底直接輻射到紅外敏感面，從而提高紅外焦平面陣列的靈敏度。
[0042] 所述多個微懸臂梁像元⑴可有64X64、128X128、256X256、512X512或 1024X1024等個數(shù)，所述多個微懸臂梁像元（1)結構完全相同。所述微懸臂梁像元由紅外 敏感面和微懸臂梁支腿組成，所述紅外敏感面是懸空結構，通過微懸臂梁支腿固支在襯底 上。所述紅外敏感面包括主結構層、紅外吸收結構層和光學反射鏡面（3)。
[0043] 所述主結構層由一層或多層半導體介質材料組成，如氮化硅、氧化硅等，用于支撐 紅外吸收結構層和和光學反射鏡面，所述主結構層也可以作為紅外吸收結構層中的一部 分，起到吸收紅外輻射的作用。
[0044] 所述紅外吸收結構層為吸收紅外輻射并將其轉化成為熱能的結構。所述紅外吸收 結構層可以位于主結構層的上方或下方，也可以在多層主結構層中間；所述紅外吸收結構 層可以由一層或多層薄膜材料疊加形成，所述薄膜材料可以是薄金屬層、超材料吸收結構、 金屬化合物、碳納米管、石墨烯、半導體介質材料、有機高分子材料等。所述超材料吸收結構 是由紅外反射層（3)、介質材料層（4)和諧振結構（5)組成。所述紅外反射層為連續(xù)金屬 薄膜，位于超材料吸收結構的最下層。所述介質層（4)位于位于紅外反射層（3)和諧振結 構（5)之間，采用透射紅外的材料，包括有機高分子聚會物介質材料，如聚酰亞胺、聚對二 甲苯-C(Parylene-C)等，或半導體介質材料，如二氧化娃、氮化娃和碳化娃等。所述諧振 結構（5)為與目標紅外波頻段有強烈諧振的單一諧振結構或周期性諧振結構，所述諧振結 構可以是閉合的環(huán)型結構、單側開口的劈裂環(huán)結構、一維或二維柵格結構等，所述諧振結構 的尺寸及晶格常數(shù)根據(jù)探測頻段波長的要求設計為亞波長，所述諧振結構可以采用金屬材 料，如金、鋁、銅等，也可以采用摻雜半導體材料，如摻雜的硅、鍺等，也可以是金屬硅化物材 料，如鈦硅化合物、鈷硅化合物、鎢硅化合物等。
[0045] 所述光學反射鏡面（3)是反射檢測光的一層或多層薄層金屬材料。所述光學反射 鏡面可以是位于主結構層下表面的獨立薄層金屬，也可以是紅外吸收結構中的薄金屬層。
[0046]所述微懸臂梁支腿包括形變支腿（6)和熱隔離支腿（7)，所述微懸臂梁像元通常 包含有兩個微懸臂梁支腿，位于紅外敏感面兩側，所述微懸臂梁支腿的排列方式包括直線 式、折線式、雙折線式和多折線式。所述形變支腿（6)由兩種熱膨脹系數(shù)相差較大的材料組 成，基體材料為具有較小熱導率和熱膨脹系數(shù)的半導體介質材料，如氮化硅、氧化硅等；另 一種材料為高熱膨脹系數(shù)的金屬、聚合物等材料，形變支腿部分的設計的原則是獲得盡可 能大的形變量；所述形變支腿（6) -端連接于紅外敏感面，使紅外敏感面吸收的熱量傳導 至形變支腿。所述熱隔離支腿（7)僅包括熱導率小的半導體介質材料，該半導體介質材料 可與形變支腿（6)的基體材料一致，所述熱隔離支腿位于形變支腿（6)和襯底（2)之間，以 減小微懸臂梁像元的熱傳導，熱隔離支腿部分的設計原則是獲得最大隔熱效率。
[0047] 所述全波段紅外探測焦平面陣列，一種制備工藝流程如圖5所示，包括以下步驟：
[0048] 1)以玻璃或石英為襯底，旋涂聚酰亞胺并固化，形成大約2μm厚的犧牲層，形成 結構如圖5(a);
[0049] 2)淀積金屬鋁500A作為光學反射鏡面及紅外吸收結構中的反射層；
[0050] 3)第一次光刻并以光刻膠為掩膜腐蝕金，再以光刻膠和金共同作為掩膜，用氧等 離子體刻蝕聚酰亞胺犧牲層2μm，形成支撐結構的窗口，形成結構如圖5(b);
[0051] 4)第二次光刻并以光刻膠為掩膜腐蝕金，形成反射鏡面及紅外吸收結構中的反射 層，形成結構如圖5(c);
[0052] 5)淀積主結構層材料氮化硅，氮化硅厚度為3000A?Ιμιη，既保證作為主結構材料的 強度，同時滿足超材料結構介質層厚度的要求，形成結構如圖5 (d);
[0053] 6)淀積金屬金作為形變支腿上層材料，金的厚度與氮化娃的厚度比介于0. 4? 〇. 8,以滿足雙材料熱膨脹失配產(chǎn)生可檢測形變的要求；
[0054] 7)第三次光刻并以光刻膠為掩膜腐蝕金，形成形變支腿上層結構，形成結構如圖 5(e)；
[0055] 8)第四次光刻并以光刻膠和金共同作為掩膜，刻蝕氮化硅，形成包括紅外吸收 層的介質材料層、形變支腿下層結構、熱隔離支腿及支撐結構的主結構層，形成結構如圖 5(f)；
[0056] 9)淀積金屬鋁，作為紅外吸收結構中的諧振結構；
[0057] 10)第五次光刻并以光刻膠為掩膜刻蝕金屬錯，形成諧振結構，形成結構如圖 5(g)；
[0058] 11)用氧等離子體刻蝕聚酰亞胺犧牲層，釋放結構，形成結構如圖5(h)。
[0059] 本發(fā)明提出的全波段紅外探測焦平面陣列如圖1和圖3所示，微懸臂梁像元如圖 2和圖4所示。本發(fā)明的實施方法不限于實施例中所公開的內容。
【權利要求】
1. 一種基于MEMS技術的全波段紅外焦平面陣列，由微懸臂梁像元陣列和支撐微懸臂 梁像元陣列的襯底組成，微懸臂梁像元通過錨點固支在襯底上，其特征在于：所述襯底是玻 璃、石英片等對可見光有高透射率的圓片材料，紅外焦平面陣列工作時，紅外光從微懸臂梁 像元面入射，從襯底面進行紅外焦平面陣列形變量的光學讀出。
2. 如權利要求1所述的微懸臂梁像元，由紅外敏感面和微懸臂梁支腿組成，其特征在 于：所述紅外敏感面包括主結構層、紅外吸收結構層和光學反射鏡面。所述紅外敏感面為長 方形、方形等形狀。
3. 如權利要求2所述的紅外敏感面，其特征在于：所述主結構層由一層或多層半導體 介質材料組成，所述半導體介質材料可以是氮化硅、氧化硅等；所述主結構層也可以作為紅 外吸收結構層中的一部分。
4. 如權利要求2所述的紅外敏感面，其特征在于：所述紅外吸收結構層可以位于主結 構層的上表面或下表面.也可以位于多層主結構層中間；所述紅外吸收結構層可以是超材 料結構，也可以是一層或多層薄膜材料疊加形成。所述薄膜材料可以是薄金屬層、金屬化合 物、碳納米管、石墨烯、半導體介質材料、有機高分子材料等。
5. 如權利要求2所述的紅外吸收結構層，其特征在于：所述超材料結構是由反射層、 介質材料層和周期性諧振結構組成。所述反射層為連續(xù)金屬薄膜，位于超材料結構的最下 層。所述介質材料層位于反射層和諧振結構之間，所述介質材料可以是有機高分子聚合物 材料，如聚酰亞胺、聚對二甲苯-C(Parylene-C)等，也可以是半導體介質材料，如二氧化 硅、氮化硅和碳化硅等。所述周期性結構是十字、方形、單劈裂環(huán)、雙劈裂環(huán)等任何周期性結 構。所述周期性諧振結構可以采用金屬材料，如金、鋁、銀、銅等，也可以采用摻雜半導體材 料，如摻雜的硅、鍺等，也可以是金屬硅化物材料，如鈦硅化合物、鈷硅化合物、鎢硅化合物 等。所述周期性諧振結構的尺寸及晶格常數(shù)根據(jù)探測頻段設計為亞波長，所述頻段可以是 短波、中波和長波紅外。
6.如權利要求2所述的紅外敏感面，其特征在于：所述光學反射鏡面位于主結構層下 表面，用于反射襯底入射的可見光，所述光學反射鏡面材料是一層或多層薄金屬材料，可以 單獨淀積，也可以是紅外吸收結構層中的薄膜材料，或者是超材料結構中的反射層。
7. 如權利要求1所述的微懸臂梁像元，其特征在于：所述微懸臂梁支腿包括形變支腿 和熱隔離支腿，位于紅外敏感面兩側，所述形變支腿一端連接于紅外敏感面，一端連接于熱 隔離支腿。所述微懸臂梁支腿的排列方式可以是直線式、折線式、雙折線式和多折線式等。 所述形變支腿由兩種熱膨脹系數(shù)相差較大的材料組成，第一種材料為具有較小熱導率和熱 膨脹系數(shù)的半導體介質材料制備，如氮化硅、氧化硅等；另一種材料為高熱膨脹系數(shù)的金 屬、聚合物等材料；所述熱隔離支腿僅包括熱導率較小的半導體介質材料，該半導體介質材 料可以與形變支腿的第一種材料相同，所述熱隔離支腿位于形變支腿和襯底之間用于減小 形變支腿上的熱傳導。紅外光輻射到微懸臂梁像元時，紅外吸收結構層吸收紅外能量并將 其轉化成熱能，雙材料效應使形變支腿彎曲，從而引起光學反射鏡面偏轉，可見光從襯底面 讀出微懸臂梁像元陣列的偏轉。
8. 如權利要求1所述的全波段紅外焦平面陣列，一種制備方法包括以下步驟： 1) 以玻璃為襯底，旋涂聚酰亞胺并固化，形成大約2μm厚的犧牲層； 2)淀積金屬鋁500A作為光學反射鏡面及紅外吸收結構中的反射層； 3) 第一次光刻，以光刻膠為掩膜腐蝕金屬，再以光刻膠和金屬共同作為掩膜，氧等離子 體各向異性刻蝕聚酰亞胺犧牲層，形成支撐錨點； 4) 第二次光刻，以光刻膠為掩膜腐蝕金屬，形成反射鏡面及超材料結構中的反射層； 5) 淀積低應力氮化硅作為主結構層，厚度為200nm?1μm，該厚度既要保證作為主結 構材料的強度，同時滿足超材料結構介質層厚度的要求； 6) 淀積金屬鋁作為形變支腿上層材料，鋁的厚度與氮化硅的厚度比介于0. 4?0. 8,以 滿足雙材料熱膨脹失配產(chǎn)生可檢測形變的要求； 7) 第三次光刻，以光刻膠為掩膜腐蝕鋁，形成形變支腿的上層結構； 8) 淀積金，用于制備紅外吸收結構層中的周期性諧振結構； 9) 第四次光刻，以光刻膠為掩膜刻蝕金屬金，形成周期性諧振結構； 10) 第五次光刻，以光刻膠和鋁共同作為掩膜，刻蝕氮化娃，形成包括紅外吸收層中的 半導體介質材料層、形變支腿下層結構、熱隔離支腿及支撐結構的主結構層； 11) 氧等離子體各向同性刻蝕聚酰亞胺犧牲層，釋放結構。
【文檔編號】B81C1/00GK104458011SQ201310416650
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權日:2013年9月13日
【發(fā)明者】于曉梅, 王舒陽, 馬蔚, 文永正, 李淑玉 申請人:北京大學