用于无人驾驶决策模拟训练的光学下转换芯片及制备方法与流程

本发明涉及一种用于无人驾驶决策模拟训练的光学下转换芯片及制备方法，属于无人驾驶技术领域和红外场景投影技术领域。

背景技术：

无人驾驶技术是通过感知、定位、计算、控制等方式自动安全地操作设备(无人车、无人机、无人船舶)按照规定路线运行的技术，涉及到人工智能、计算机视觉、自动控制等技术的综合运用。无人驾驶技术发展的关键环节在于驾驶决策，如果驾驶决策环节不能做出精准、正确的判断，那么就有可能造成事故。在一些情况下，依靠无人驾驶技术的设备可能会在夜晚或恶劣天气条件(大雾、雾霾、雨天)下行驶，在这种情况下驾驶决策就显得十分重要。在光线昏暗、路况复杂或天气恶劣的情况下，驾驶决策就不能依靠常规的可见光相机，而是要依靠红外成像仪和雷达获得环境感知数据和信息。

红外成像仪能够获得环境背景的红外信息，驾驶决策模型可以根据这些信息进行提取和分析，然后作出相应的分类和判断，最后根据判断的结果给出相应的速度决策和方向决策。完整的驾驶决策模型需要依靠大量的数据搭建深度学习模型和分类模型并进行训练及优化。对于红外图像判断训练一般使用红外数据训练集，但是这样只能对算法模型进行仿真和训练，并不涉及实物设备的训练，因此对于实际复杂的路况来说单纯的算法模型训练并不可靠。如果想实现红外成像仪结合决策模型的半实物训练就必须使用红外成像仪在多个不同的场景进行拍摄，这种做法十分耗时而且费力，模拟一些恶劣的天气条件还需要等待天时地利人和。在实物训练还不够完善的时候直接上路测试是十分危险的，因此能够给驾驶决策模型提供大量的红外环境数据和信息的模拟设备十分关键。目前国内可以提供红外场景模拟的技术主要有：电阻阵列、数字微镜器件dmd和转换薄膜。其中，电阻阵列由于制作工艺复杂所以产率较低，阵列的规模(512×512)也较小；数字微镜dmd由于在长波波段存在衍射所以长波成像质量较差；转换薄膜(专利公开号：cn102491255a)可以实现较大的阵列规模(1280×1280)，但是它的厚度通常为几百纳米，其机械性能较差，在安装和使用的过程中极易损坏。

对于无人驾驶决策模型而言，提供红外场景模拟的设备分辨率越高，红外成像仪获得的红外图像越清晰，这样可以减少模型的误判率，提高准确率。上述的三种红外场景模拟设备目前分辨率还不足以满足无人驾驶决策模拟的要求，因此本发明旨在提出一种新的工艺方法制备出红外场景模拟设备的核心部件——光学下转换芯片，解决目前存在的问题。光学下转换芯片受短波光(可见光)的激发后，会辐射出长波光(红外光)，即下转换发光。光学下转换芯片的工作原理是基于热传导理论的光-热-光的转换，将吸收的入射光能量转换为温度场分布，然后发出红外辐射。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有无人驾驶决策模型红外场景模拟的设备分辨率低的问题，提供一种用于无人驾驶决策模拟训练的光学下转换芯片及制备方法。

本发明提出的光学下转换芯片可以实现较大的阵列规模(2000×2000以上)，因此红外图像的分辨率会得到较大的提升；使用了硅片作为芯片的基底，可以克服转换薄膜机械性能较差的缺点，同时提升了芯片的图像刷新频率；通过在基底上制作出隔离缝隙实现阵列单元间的传热隔离，从而大幅降低阵列单元间的串扰；通过在辐射层下制作出凹槽可以有效地控制散热速度；该制作流程仅需一块用于光刻的掩膜版，无需多次光刻和套刻，工艺简单。

使用光学下转换芯片作为核心部件的红外场景模拟设备，可以实现高分辨率的红外场景输出功能，使红外成像仪与驾驶决策模型可以结合在一起进行半实物模拟训练，为无人驾驶决策模型提供丰富的场景数据和训练数据，提升模型的泛化能力，使之可以适应各种复杂的变化。

本发明提出了用于无人驾驶决策模拟训练的光学下转换芯片的制作方法，该方法在硅衬底上依次制备聚酰亚胺薄膜层和金属层，然后使用紫外曝光、显影工艺在金属层上制作出光刻胶掩膜层；接着依次去除未被光刻胶层覆盖的金属层和聚酰亚胺薄膜层；然后刻蚀硅衬底使之成为中空结构；最后去除光刻胶，在金属层上制备吸收层，完成制作工艺。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

用于无人驾驶决策模拟训练的光学下转换芯片，由硅衬底和辐射层组成；在硅衬底上开设两种凹槽：隔离缝隙凹槽和控制散热凹槽；辐射层由聚酰亚胺层、金属层和吸收层构成，辐射层的图案为周期性重复阵列；辐射层与硅衬底之间形成控制散热凹槽；单个辐射单元的图案由边框、连接腿和设计区域组成，相邻的辐射单元间通过隔离缝隙凹槽被隔离。

所述硅衬底：优选为直径大于3寸，厚度大于300μm的硅片；硅衬底可以为辐射层提供良好的导热功能，同时可以增加芯片整体的机械稳定性和热稳定性。

所述隔离缝隙凹槽宽度不少于1μm，深度不少于2μm；制作出来隔离缝隙凹槽可以实现辐射单元间的传热隔离，从而大幅降低阵列单元间的热串扰。

所述控制散热凹槽，是对辐射单元覆盖下的硅衬底进行开槽，这个内部的凹槽与外部的隔离缝隙凹槽之间有一定间距，间距形成的硅墙即为辐射层主要的散热通道。控制散热凹槽的面积越大，硅墙与辐射层的接触面积就会变小，辐射层的散热速度就会变慢，因此通过控制散热凹槽的面积能够实现对辐射层的散热速度的调节；同时硅墙还可以撑起整个辐射单元保持悬空状态不下坠，硅墙的宽度和高度也可以控制辐射层的散热速度。控制散热凹槽的面积由硅墙决定，确保硅墙的高度不小于2μm，宽度不小于1μm，即硅墙以内的区域就是控制散热凹槽的面积，辐射单元除了硅墙支撑接触的部分其余区域皆为悬空非接触状态。

所述辐射层：辐射层由聚酰亚胺层、金属层和吸收层构成，其中聚酰亚胺层的厚度低于500nm，聚酰亚胺层吸收可见光能量时就会升温，同时向外辐射红外光；吸收层的作用在于提高可见光的吸收率，同时提高辐射层整体的发射率，保证可见光能量进行有效的吸收和转换；金属层作为聚酰亚胺层和吸收层之间的桥梁，可以增加两个层之间的粘附性。

所述单个辐射单元的图案：设计区域为光-热-光转换的主要区域，可根据需求进行设计；连接腿的作用在于连接设计区域和边框，同时为刻蚀控制散热凹槽留出刻蚀缝隙；边框的作用在于连接硅墙，保证辐射单元悬空不坠落，因此边框的宽度设计要考虑硅墙宽度及两个凹槽的宽度。

用于无人驾驶决策模拟训练的光学下转换芯片的制备方法一，

步骤一、在硅衬底上依次制备聚酰亚胺薄膜层和金属层，然后使用紫外曝光、显影工艺在金属层上制作出光刻胶掩膜层；接着依次去除未被光刻胶层覆盖的金属层和聚酰亚胺薄膜层；

步骤二、然后刻蚀硅衬底使之成为中空结构；使用感应耦合等离子体刻蚀工艺，刻蚀气体氧气+三氟甲烷或氧气+六氟化硫，其中：氧气流量5～50sccm，三氟甲烷流量5～50sccm，六氟化硫流量5～60sccm，基底真空低于5×10^-4pa，rf功率10～400w，气压2～20pa，刻蚀时间3～60min。以上刻蚀气体的选择可以实现硅的各向同性刻蚀，即在刻蚀过程中气体会沿着光刻胶掩膜层的空隙向硅的四周进行钻蚀，当隔离缝隙凹槽和控制散热凹槽都刻蚀成功时，辐射层可以依靠硅墙支撑悬空在控制散热凹槽之上。

步骤三、最后去除光刻胶，在金属层上制备吸收层，完成制作工艺。

用于无人驾驶决策模拟训练的光学下转换芯片及制备方法二，

步骤一、在硅衬底上依次制备聚酰亚胺薄膜层、金属层和吸收层，然后使用紫外曝光、显影工艺在吸收层上制作出光刻胶掩膜层；接着依次去除未被光刻胶层覆盖的吸收层、金属层和聚酰亚胺薄膜层；

步骤二、然后刻蚀硅衬底使之成为中空结构；使用感应耦合等离子体刻蚀工艺，刻蚀气体氧气+三氟甲烷或氧气+六氟化硫，其中：氧气流量5～50sccm，三氟甲烷流量5～50sccm，六氟化硫流量5～60sccm，基底真空低于5×10^-4pa，rf功率10～400w，气压2～20pa，刻蚀时间3～60min。以上刻蚀气体的选择可以实现硅的各向同性刻蚀，即在刻蚀过程中气体会沿着光刻胶掩膜层的空隙向硅的四周进行钻蚀，当隔离缝隙凹槽和控制散热凹槽都刻蚀成功时，辐射层可以依靠硅墙支撑悬空在控制散热凹槽之上。

步骤三、最后去除光刻胶，完成制作工艺。

所述金属层参数：优选为铝、铬、钨金属，制备工艺优选使用磁控溅射或电子束蒸发工艺，靶材纯度大于99％，基底真空低于8×10^-4pa，制备厚度低于300nm。

所述光刻胶掩膜层参数：光刻胶掩膜层的图案由周期性阵列单元组成，横向阵列个数可达2000个以上，纵向阵列个数可达2000个以上，基本单元间具有一定的隔离缝隙，由此可以实现阵列单元间的传热隔离，从而大幅降低阵列单元间的串扰。单个基本单元由边框、连接腿和设计区域组成。其中，设计区域为可见光吸收与红外辐射的主要部分，可根据需要设计成各种不同的形状。连接腿可根据需要设计成双腿结构、四腿结构等不同形状。边框为与硅墙相连接的区域，需要考虑硅墙宽度及两个凹槽的刻蚀宽度去设计。

所述去除未被光刻胶层覆盖的金属层的参数：优选使用湿法刻蚀或干法刻蚀工艺，刻蚀至未被光刻胶覆盖的区域刚好完全露出聚酰亚胺薄膜层。

所述去除未被光刻胶层覆盖的聚酰亚胺层的参数：优选使用干法刻蚀工艺，刻蚀至未被光刻胶覆盖的区域刚好完全露出硅层。

所述吸收层参数：吸收层可选用金属黑、碳黑、碳纳米管材料，制备厚度小于3μm。

有益效果

1、本发明的用于无人驾驶决策模拟训练的光学下转换芯片的制作方法，使用硅片作为芯片的衬底，可以提升芯片的机械稳定性，使芯片在安装和使用过程中不容易损坏。

2、本发明的用于无人驾驶决策模拟训练的光学下转换芯片的制作方法，使用硅衬底作为良好的导热材料，可以提升芯片的热稳定性和图像刷新频率。

2、本发明的用于无人驾驶决策模拟训练的光学下转换芯片的制作方法，主要采用mems加工工艺制作，阵列规模大于2000×2000，可以实现较高的分辨率。

3、本发明的用于无人驾驶决策模拟训练的光学下转换芯片的制作方法，通过制作辐射单元之间的隔离缝隙凹槽，可以大幅降低阵列单元间的串扰，提高芯片的图像分辨率、对比度。

5、本发明的用于无人驾驶决策模拟训练的光学下转换芯片的制作方法，通过制作辐射单元的控制散热凹槽，可以控制辐射层的散热速度。

6、本发明的用于无人驾驶决策模拟训练的光学下转换芯片的制作方法，加工材料和加工工艺十分常规，且该制作流程仅需一块用于光刻的掩膜版，无需多次光刻和套刻，工艺简单，可控性高、成功率高。

附图说明

图1为辐射单元截面的局部放大图；

图2为实施例1中的制备流程示意图；

图3为实施例1中光刻胶周期性阵列单元的局部放大图的俯视图；

图4为实施例2中光刻胶周期性阵列单元的局部放大图的俯视图；

图5为实施例3中的制备流程示意图；

图6为实施例3中光刻胶周期性阵列单元的局部放大图的俯视图；

图7为实施例4中光刻胶周期性阵列单元的局部放大图的俯视图；

图中，1-硅衬底；2-聚酰亚胺层；3-铝层；4-光刻胶层；5-铝黑层；6-铬层；7-金黑层。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，结合附图和以下具体实例对本发明进一步详细说明。

实施例1

在直径为四寸、厚度为500μm的硅衬底上制备阵列规模为2000×2000光学下转换芯片，其中单个辐射单元的大小为33μm×33μm，相邻辐射单元间距为2μm，设计区域为宽度3μm、长度47μm的s形折线，折线两端作为两个连接腿连接至边框，单侧边框长33μm、宽8μm；硅墙宽度4μm、高度2μm、内周长84μm，隔离缝隙凹槽宽度6μm、深度2μm，控制散热凹槽的长、宽皆为21μm、深度为2μm。该光学下转换芯片的制备流程示意图如图2所示，包括如下步骤：

步骤一：选择厚度为500μm的单面抛光圆形硅片作为衬底，硅片直径为4寸，操作面平整洁净。对硅片进行清洁：使用丙酮、酒精、去离子水依次超声清洗衬底操作面10分钟，洗净后用氮气吹干备用。

步骤二：在硅衬底上旋涂聚酰亚胺溶液。选用粘度为200cp，固含量为12％的聚酰亚胺溶液。旋涂参数如下：预旋涂800r/min，旋涂60s；高速旋涂6000r/min，旋涂时间180s。将衬底置于加热台上，100℃加热1小时，150℃加热1小时，200℃加热1小时，280℃加热1小时，随后自然降温至室温，制备好的聚酰亚胺层厚度为450nm。

步骤三：在聚酰亚胺层上使用磁控溅射工艺制备一层铝膜。溅射参数如下：99.99％纯铝靶材，基底真空6×10^-4pa，氩气80sccm，压强10pa，功率100w，溅射的厚度为200nm。

步骤四：在铝层上旋涂光刻胶。选用s1813光刻胶，旋涂参数为：预旋涂500r/min，旋涂10s，高速旋涂4000r/min，旋涂60s，旋涂结束后置于115℃热板前烘2分钟；

步骤五：进行光刻、显影工艺，制作出光刻胶掩膜层。图3为光刻胶周期性阵列单元的局部放大图的俯视图。周期性阵列单元的参数为：横向2000个单元，纵向2000个单元，单个基本单元为边长33μm的正方形，相邻单元间隔宽度为2μm的缝隙，设计区域为宽度3μm、长度为47μm的s形折线，折线两端作为两个连接腿连接至边框，单侧边框长33μm、宽8μm。光刻及显影参数为：曝光时间4s，曝光能量密度30mw/cm²；选用正胶显影液显影40s，去离子水定影30s。定影结束后使用去离子水冲洗干净衬底，再用氮气吹干。

步骤六：使用湿法刻蚀工艺去除未被光刻胶层覆盖的铝层。刻蚀参数：将衬底浸泡于10％氢氧化钠溶液中，肉眼观察到未被光刻胶层覆盖的铬层完全消失时将衬底取出，使用去离子水冲洗干净衬底，再用氮气吹干。

步骤七：使用反应离子束刻蚀工艺去除未被光刻胶覆盖的聚酰亚胺层。刻蚀参数：氧气流量为15sccm，三氟甲烷流量为30sccm，压强为0.75mtorr,功率为200w，刻蚀420s。

步骤八：使用感应耦合等离子体刻蚀工艺刻蚀硅衬底。刻蚀参数：基底真空度低于3×10^-4pa，六氟化硫30sccm,氧气10sccm，压强15pa，rf功率80w，刻蚀时间20min。

步骤九：去除光刻胶，将衬底放入丙酮溶液中浸泡3分钟，然后使用去离子水冲洗干净衬底，再用氮气吹干。

步骤十：使用电阻蒸发镀膜法制备铝黑层。镀膜参数：直径为0.5mm的99.99％纯铝丝，基底真空度8×10^-3pa，氦气流量190sccm,压强1000pa，电流20a，蒸发时间60s。镀膜结束后即完成所有制备流程。

实施例2

实施例2为实施例1的对比例，区别仅在于没有制备隔离缝隙凹槽；在直径为四寸、厚度为500μm的硅衬底上制备阵列规模为2000×2000光学下转换芯片，其中单个辐射单元的大小为33μm×33μm，设计区域为宽度3μm、长度47μm的s形折线，折线两端作为两个连接腿连接至边框，单侧边框长33μm、宽8μm；控制散热凹槽的长、宽皆为21μm、深度为2μm。光学下转换芯片的制作方法包括如下步骤：

步骤一：选择厚度为500μm的单面抛光圆形硅片作为衬底，硅片直径为4寸，操作面平整洁净。对硅片进行清洁：使用丙酮、酒精、去离子水依次超声清洗衬底操作面10分钟，洗净后用氮气吹干备用。

步骤二：在硅衬底上旋涂聚酰亚胺溶液。选用粘度为200cp，固含量为12％的聚酰亚胺溶液。旋涂参数如下：预旋涂800r/min，旋涂60s；高速旋涂6000r/min，旋涂时间180s。将衬底置于加热台上，100℃加热1小时，150℃加热1小时，200℃加热1小时，280℃加热1小时，随后自然降温至室温。

步骤三：在聚酰亚胺层上使用磁控溅射工艺制备一层铝膜。溅射参数如下：99.99％纯铝靶材，基底真空6×10^-4pa，氩气80sccm，压强10pa，功率100w，溅射的厚度为200nm。

步骤四：在铝层上旋涂光刻胶。选用s1813光刻胶，旋涂参数为：预旋涂500r/min，旋涂10s，高速旋涂4000r/min，旋涂60s，旋涂结束后置于115℃热板前烘2分钟；

步骤五：进行光刻、显影工艺，制作出光刻胶掩膜层。图4为光刻胶周期性阵列单元的局部放大图的俯视图。周期性阵列单元的参数为：横向2000个单元，纵向2000个单元，单个基本单元为边长33μm的正方形，相邻单元紧密相连，设计区域为宽度3μm的s形折线，折线两端作为两个连接腿连接至边框，连接腿长15μm，边框长33μm、宽8μm。光刻及显影参数为：曝光时间4s，曝光能量密度30mw/cm²；选用正胶显影液显影40s，去离子水定影30s。定影结束后使用去离子水冲洗干净衬底，再用氮气吹干。

步骤六：使用湿法刻蚀工艺去除未被光刻胶层覆盖的铝层。刻蚀参数：将衬底浸泡于10％氢氧化钠溶液中，肉眼观察到未被光刻胶层覆盖的铝层完全消失时将衬底取出，使用去离子水冲洗干净衬底，再用氮气吹干。

步骤七：使用反应离子束刻蚀工艺去除未被光刻胶覆盖的聚酰亚胺层。刻蚀参数：氧气流量为15sccm，三氟甲烷流量为30sccm，压强为0.75mtorr,功率为200w，刻蚀420s。

步骤八：使用感应耦合等离子体刻蚀工艺刻蚀硅衬底。刻蚀参数：基底真空度低于3×10^-4pa，六氟化硫30sccm,氧气10sccm，压强15pa，rf功率80w，刻蚀时间20min。

步骤九：去除光刻胶，将衬底放入丙酮溶液中浸泡3分钟，然后使用去离子水冲洗干净衬底，再用氮气吹干。

步骤十：使用电阻蒸发镀膜法制备铝黑层。镀膜参数：直径为0.5mm的99.99％纯铝丝，基底真空度8×10^-3pa，氦气流量190sccm,压强1000pa，电流20a，蒸发时间60s。镀膜结束后即完成所有制备流程。

实施例3

在直径为四寸、厚度为500μm的硅衬底上制备阵列规模为2100×2100光学下转换芯片，其中单个辐射单元的大小为32μm×32μm，相邻辐射单元间隔为2μm，设计区域为长12μm的正方形，正方形区制作图形化(掏空4个对称的边长为3μm的正方形，相邻正方形间距为2μm)，4条连接腿皆为长2μm、宽2μm，单侧边框长32μm、宽8μm；硅墙宽度4μm、高度2μm、内周长64μm，隔离缝隙凹槽宽度6μm、深度2μm，控制散热凹槽的长、宽皆为16μm、深度为2μm。光学下转换芯片的制作方法，制备流程示意图如图5所示，包括如下步骤：

步骤一：选择厚度为500μm的单面抛光圆形硅片作为衬底，硅片直径为4寸，操作面平整洁净。对硅片进行清洁：使用丙酮、酒精、去离子水依次超声清洗衬底操作面10分钟，洗净后用氮气吹干备用。

步骤二：在硅衬底上旋涂聚酰亚胺溶液。选用粘度为200cp，固含量为12％的聚酰亚胺溶液。旋涂参数如下：预旋涂800r/min，旋涂60s；高速旋涂6000r/min，旋涂时间180s。将衬底置于加热台上，100℃加热1小时，120℃加热1小时，200℃加热1小时，随后自然降温至室温。

步骤三：在聚酰亚胺层上使用磁控溅射工艺制备一层铬膜。溅射参数如下：99.99％纯铬靶材，基底真空6×10^-4pa，氩气80sccm，压强10pa，功率100w，溅射的厚度为200nm。

步骤四：在铬层上旋涂光刻胶。选用s1813光刻胶，旋涂参数为：预旋涂500r/min，旋涂10s，高速旋涂4000r/min，旋涂60s，旋涂结束后置于115℃热板前烘2分钟；

步骤五：进行光刻、显影工艺，制作出光刻胶掩膜层。图6为光刻胶周期性阵列单元的局部放大图。周期性阵列单元的参数为：横向2100个单元，纵向2100个单元，单个单元为边长32μm的正方形，相邻单元间隔宽度为2μm的缝隙，设计区域为长12μm的正方形，正方形区制作图形化(掏空4个对称的边长为3μm的正方形，相邻正方形间距为2μm)，并通过4条连接腿连接到边框上，连接腿长2μm、宽2μm，边框长32μm、宽8μm。光刻及显影参数为：曝光时间4s，曝光能量密度30mw/cm²；选用正胶显影液显影40s，去离子水定影30s。定影结束后使用去离子水冲洗干净衬底，再用氮气吹干。

步骤六：使用湿法刻蚀工艺去除未被光刻胶层覆盖的铬层。将衬底浸泡于铬腐蚀液中，肉眼观察到未被光刻胶层覆盖的铬层完全消失时将衬底取出，使用去离子水冲洗干净衬底，再用氮气吹干。

步骤七：使用反应离子束刻蚀工艺去除未被光刻胶覆盖的聚酰亚胺层。刻蚀参数：氧气流量为15sccm，三氟甲烷流量为30sccm，压强0.75mtorr,功率为200w，刻蚀420s。

步骤八：使用感应耦合等离子体刻蚀工艺刻蚀硅衬底。刻蚀参数：基底真空度低于3×10^-4pa，六氟化硫30sccm,氧气10sccm，压强15pa，rf功率100w，刻蚀时间10min。

步骤九：去除光刻胶，将衬底放入丙酮溶液中浸泡3分钟，然后使用去离子水冲洗干净衬底，再用氮气吹干。

步骤十：使用电阻蒸发镀膜法制备金黑层。镀膜参数：直径为0.5mm的99.99％纯金丝，基底真空度8×10^-3pa，氦气流量190sccm,压强1000pa，电流22a，蒸发时间60s。镀膜结束后即完成所有制备流程。

实施例4

实施例4为实施例3的对比例，区别仅在于没有制备隔离缝隙凹槽；在直径为四寸、厚度为500μm的硅衬底上制备阵列规模为2100×2100光学下转换芯片，其中单个辐射单元的大小为32μm×32μm，设计区域为长12μm的正方形，正方形区制作图形化(掏空4个对称的边长为3μm的正方形，相邻正方形间距为2μm)，4条连接腿皆为长2μm、宽2μm，单侧边框长32μm、宽8μm；控制散热凹槽的长、宽皆为16μm、深度为2μm。光学下转换芯片的制作方法包括如下步骤：

步骤一：选择厚度为500μm的单面抛光圆形硅片作为衬底，硅片直径为4寸，操作面平整洁净。对硅片进行清洁：使用丙酮、酒精、去离子水依次超声清洗衬底操作面10分钟，洗净后用氮气吹干备用。

步骤二：在硅衬底上旋涂聚酰亚胺溶液。选用粘度为200cp，固含量为12％的聚酰亚胺溶液。旋涂参数如下：预旋涂800r/min，旋涂60s；高速旋涂6000r/min，旋涂时间180s。将衬底置于加热台上，100℃加热1小时，120℃加热1小时，200℃加热1小时，随后自然降温至室温。

步骤三：在聚酰亚胺层上使用磁控溅射工艺制备一层铬膜。溅射参数如下：99.99％纯铬靶材，基底真空6×10^-4pa，氩气80sccm，压强10pa，功率100w，溅射的厚度为200nm。

步骤四：在铬层上旋涂光刻胶。选用s1813光刻胶，旋涂参数为：预旋涂500r/min，旋涂10s，高速旋涂4000r/min，旋涂60s，旋涂结束后置于115℃热板前烘2分钟；

步骤五：进行光刻、显影工艺，制作出光刻胶掩膜层。图7为光刻胶周期性阵列单元的局部放大图。周期性阵列单元的参数为：横向2100个单元，纵向2100个单元，单个单元为边长32μm的正方形，相邻单元紧密相连，设计区域为长12μm的正方形，正方形区制作图形化，并通过4条连接腿连接到边框上，连接腿长2μm、宽2μm，边框长32μm、宽8μm。光刻及显影参数为：曝光时间4s，曝光能量密度30mw/cm²；选用正胶显影液显影40s，去离子水定影30s。定影结束后使用去离子水冲洗干净衬底，再用氮气吹干。

步骤六：使用湿法刻蚀工艺去除未被光刻胶层覆盖的铬层。将衬底浸泡于铬腐蚀液中，肉眼观察到未被光刻胶层覆盖的铬层完全消失时将衬底取出，使用去离子水冲洗干净衬底，再用氮气吹干。

步骤七：使用反应离子束刻蚀工艺去除未被光刻胶覆盖的聚酰亚胺层。刻蚀参数：氧气流量为15sccm，三氟甲烷流量为30sccm，压强0.75mtorr,功率为200w，刻蚀420s。

步骤八：使用感应耦合等离子体刻蚀工艺刻蚀硅衬底。刻蚀参数：基底真空度低于3×10^-4pa，六氟化硫30sccm,氧气10sccm，压强15pa，rf功率100w，刻蚀时间10min。

步骤九：去除光刻胶，将衬底放入丙酮溶液中浸泡3分钟，然后使用去离子水冲洗干净衬底，再用氮气吹干。

步骤十：使用电阻蒸发镀膜法制备金黑层。镀膜参数：直径为0.5mm的99.99％纯钨丝，基底真空8×10^-3pa，氦气流量190sccm,压强1000pa，电流22a，蒸发时间60s。镀膜结束后即完成所有制备流程。

实施例5

实施例5为实施例3的对比例，区别仅在于硅墙宽度减小2μm、高度增加1μm，相应的控制散热凹槽和隔离缝隙凹槽宽度都增加2μm、深度增加1μm；在直径为四寸、厚度为500μm的硅衬底上制备阵列规模为2100×2100光学下转换芯片，其中单个辐射单元的大小为32μm×32μm，相邻辐射单元间隔为2μm，设计区域为长12μm的正方形，正方形区制作图形化(掏空4个对称的边长为3μm的正方形，相邻正方形间距为2μm)，4条连接腿皆为长2μm、宽2μm，单侧边框长32μm、宽8μm；硅墙宽度2μm、高度3μm、内周长72μm，隔离缝隙凹槽宽度为8μm、深度3μm，控制散热凹槽的长、宽皆为18μm、深度为3μm。光学下转换芯片的制作方法包括如下步骤：

步骤一：选择厚度为500μm的单面抛光圆形硅片作为衬底，硅片直径为4寸，操作面平整洁净。对硅片进行清洁：使用丙酮、酒精、去离子水依次超声清洗衬底操作面10分钟，洗净后用氮气吹干备用。

步骤二：在硅衬底上旋涂聚酰亚胺溶液。选用粘度为200cp，固含量为12％的聚酰亚胺溶液。旋涂参数如下：预旋涂800r/min，旋涂60s；高速旋涂6000r/min，旋涂时间180s。将衬底置于加热台上，100℃加热1小时，120℃加热1小时，200℃加热1小时，随后自然降温至室温。

步骤三：在聚酰亚胺层上使用磁控溅射工艺制备一层铬膜。溅射参数如下：99.99％纯铬靶材，基底真空6×10^-4pa，氩气80sccm，压强10pa，功率100w，溅射的厚度为200nm。

步骤四：在铬层上旋涂光刻胶。选用s1813光刻胶，旋涂参数为：预旋涂500r/min，旋涂10s，高速旋涂4000r/min，旋涂60s，旋涂结束后置于115℃热板前烘2分钟；

步骤五：进行光刻、显影工艺，制作出光刻胶掩膜层。图7为光刻胶周期性阵列单元的局部放大图。周期性阵列单元的参数为：横向1000个单元，纵向1000个单元，单个单元为边长32μm的正方形，相邻单元紧密相连，设计区域为长12μm的正方形，正方形区制作图形化，并通过4条连接腿连接到边框上，连接腿长2μm、宽2μm，边框长32μm、宽8μm。光刻及显影参数为：曝光时间4s，曝光能量密度30mw/cm²；选用正胶显影液显影40s，去离子水定影30s。定影结束后使用去离子水冲洗干净衬底，再用氮气吹干。

步骤六：使用湿法刻蚀工艺去除未被光刻胶层覆盖的铬层。将衬底浸泡于铬腐蚀液中，肉眼观察到未被光刻胶层覆盖的铬层完全消失时将衬底取出，使用去离子水冲洗干净衬底，再用氮气吹干。

步骤七：使用反应离子束刻蚀工艺去除未被光刻胶覆盖的聚酰亚胺层。刻蚀参数：氧气流量为15sccm，三氟甲烷流量为30sccm，压强0.75mtorr,功率为200w，刻蚀420s。

步骤八：使用感应耦合等离子体刻蚀工艺刻蚀硅衬底。刻蚀参数：基底真空度低于3×10^-4pa，六氟化硫30sccm,氧气10sccm，压强15pa，rf功率100w，刻蚀时间15min。

步骤九：去除光刻胶，将衬底放入丙酮溶液中浸泡3分钟，然后使用去离子水冲洗干净衬底，再用氮气吹干。

步骤十：使用电阻蒸发镀膜法制备金黑层。镀膜参数：直径为0.5mm的99.99％纯钨丝，基底真空8×10^-3pa，氦气流量190sccm,压强1000pa，电流22a，蒸发时间60s。镀膜结束后即完成所有制备流程。

使用激光器、信号发生器、示波器、红外点源功率计、红外热像仪、真空机组等器材搭建红外热成像实验平台，分别对实施例1-5的芯片进行测量，得到结果为：实施例1-5的芯片都可以实现红外场景投影，其中实施例1和2的像元分辨率约为2000×2000，灰度等级都大于8bit，实施例1的热串扰比实施例2(实施例1的对比例)的热串扰减少40％以上，帧频提升20％以上，可见制作隔离缝隙凹槽的方法可有效提升芯片的热传导性能；实施例3-5的像元分辨率约为2100×2100，灰度等级都大于8bit，实施例3的热串扰比实施例4(实施例3的对比例)减少35％以上，帧频提升16％以上，见制作隔离缝隙凹槽的方法可有效提升芯片的热传导性能。实施例3的帧频比实施例5提升20％以上，可见改变的硅墙宽度及深度可以改变芯片的帧频性能。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。