集成红外屏蔽结构的太赫兹波室温探测单元及制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种集成红外屏蔽结构的太赫兹波室温探测单元及其制备方法，用于太赫兹波段的高性能探测。所述探测器的顶层是金属网格结构图形，作为过滤和屏蔽红外波段的结构；第二层为复合薄膜微桥桥面，其桥面顶部为亚波长结构金属图形，作为电磁谐振器，用于吸收特定频率的太赫兹波；底层为一个厚的金属层平面，其主要作用为增加电磁波磁场部分谐振吸收，减少透射。本发明不但具有高的吸收效率，同时对红外波段噪声能进行有效削弱和抑制，提升探测单元的信噪比，而且具有易集成、阵列化、尺寸小等优点，适用于室温工作、实时探测的太赫兹探测成像阵列探测器。
【专利说明】集成红外屏蔽结构的太赫兹波室温探测单元及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太赫兹波探测【技术领域】，更具体地，涉及屏蔽红外波段结构、微桥桥面结构和超材料的十字架结构的太赫兹波室温探测器。
技术背景
[0002]太赫兹(THz)波，频率介于0.1?1THz (波长范围3mm?30 μ m)的电磁辐射波，电磁波谱位于微波和红外波段之间，因而太赫兹分析系统需兼顾电子学和光学系统的优势。由于THz辐射在大气环境下衰减严重，且其辐射产生和检测方法极度缺乏，人们对此波段电磁辐射性质了解有限，因此该波段被称为电磁波谱中的THz空隙。此波段为电磁波谱中最后Iv待全面研究的频率窗口。
[0003]电磁超材料，通过在关键尺度上对结构进行有序设计，突破自然规律限制得到超常物理性质的人工复合结构或复合材料。从1999年J.B.Pendry从理论证实这一效应后，超材料在可见光到微波波段范围已被广泛研究。超材料在一定的频率附近有着极好的吸收，故可设计应用成电磁波吸收器。超材料吸收器通过独立调节其介电常数和磁导率，使电磁波从空气和真空中传播到超材料界面时产生阻抗匹配，以此产生反射最小化；同理，对调节介电常数和磁导率，使折射率虚部的吸收系数变大，对磁场和电场辐射产生最大吸收。超材料吸收器从微波波段到可见光波段都已见报道。
[0004]太赫兹系统主要由THz辐射源，探测器以及各功能器件组成。相比于微波波段，太赫兹波吸收结构尺寸相对较小，频段响应灵敏，在THz热成像技术中有重要应用。
[0005]THz技术从20世纪末至今，THz辐射源作为重要的研究部分，其输出功率得到了不断的增强，如美国Microtech Instrument Inc.公司研发的BWO太赫兹光源在〈ITHz频段输出功率为50mW左右；英国Edinburgh Instrument公司设计的CO2激光泵浦太赫兹激光器在ITHz?7.5THz波段峰值输出功率能达到150mW。但相对于红外波段，工业激光器如氟化氢气体激光器输出功率可达14W量级或更高，且对于自然条件下地面接收太阳辐射1390W/m2。如此量级下，作为临近波段，红外辐射在THz波段的影响甚大。再者，在MEMS技术中使用微桥结构进行热探测使用的氮化硅SiNx材料，对8?14 μ m波段的红外光有着良好的吸收。由于相邻红外波段对THz探测有着极大的影响，因此在实际THz波段进行探测时，必须使用窗口材料进行频率截止过滤和削弱红外波段影响。
[0006]本发明所涉及的一种集成红外屏蔽结构的太赫兹波室温探测单元，首先根据在非制冷红外探测器的微桥结构上增加方形十字架结构来进行吸收太赫兹波，依据吸收频率波段设计器件结构，从而实现对太赫兹波的探测；其次，在吸收结构上方再进行金属栅格结构对红外波段进行屏蔽过滤反射作用。此结构充分利用现有的微桥结构易集成、阵列化、尺寸小、实时探测、室温工作等优势，并通过对红外噪声进行过滤，制造出集成红外屏蔽结构太赫兹室温探测器。
【发明内容】
[0007]本发明提供一种减小红外噪声辐射，增强太赫兹辐射吸收率的太赫兹波室温探测单元，该探测结构能有效屏蔽红外噪声，增强太赫兹辐射吸收，使对太赫兹波段的高性能探测实现成为可能。
[0008]本发明目的是通过采用以下技术方案实现的:
[0009]一种集成红外屏蔽结构的太赫兹波室温探测单元，用于太赫兹波段的探测成像，其特征在于:结构包括顶层、第二层、底层；顶层为红外屏蔽结构，第二层为复合薄膜微桥桥面，底层为一个厚金属平面；顶层与第二层之间为顶层红外屏蔽牺牲层(30)，第二层与底层之间为底层牺牲层(23)。
[0010]具体地，本发明探测单元结构包括衬底1、驱动电路10、反射层21、底部牺牲层23、红外屏蔽结构牺牲层30、红外屏蔽层33 ;所述反射层设置在驱动电路10上，该驱动电路设有电路接口 22 ;所述底部牺牲层23制备在带有反射层的衬底上，在反射层由下而上依次制备有缓冲层24、微桥支撑层25和红外屏蔽结构支撑层底部31、微桥顶部电极26，该顶部电极与所述电路接口 22连接；在该顶部电极和支撑层上由下而上依次制备有敏感层、保护层(氮化硅层)、方形十字架金属图形层(即顶层吸收层(29):亚波长结构金属图形的方形十字架结构电磁谐振器)。所述顶层红外屏蔽牺牲层30制备在方形十字架金属图形层上，在该牺牲层上依次制作红外屏蔽结构支撑层顶部32、红外屏蔽层(金属网格结构)33。
[0011]在本发明中，所述敏感层为具有高电阻温度系数的无相变氧化钒薄膜，用作太赫兹波段的敏感层；在本发明中，所述方形十字架金属图形层用作太赫兹辐射吸收层；在本发明中，所述顶层金属网格结构用作削弱过滤红外辐射，屏蔽红外光所用。
[0012]在本发明中，所述金属网格结构厚度约为0.3μπι ;所述顶层方形十字架金属图形层金属结构的厚度大约为0.05 μ m,边长为56 μ m,宽为5 μ m ;所述氧化钥;薄膜的电阻温度系数为-2% /K?6% /K，厚度为0.1 μπι。
[0013]在本发明中，所述双吸收层释放后，原牺牲层的位置形成谐振腔，该谐振腔高度为
3μ m?6 μ m,以充分吸收太赫兹波段的目标福射。
[0014]在本发明中，所述牺牲层材料为聚酰亚胺、二氧化硅、氧化的多孔硅和磷硅玻璃中的一种。
[0015]所述支撑层由单层薄膜构成或者多层薄膜构成，材料为氮化硅或二氧化硅，支撑层的厚度在0.2?I μ m之间。
[0016]所述缓冲层材料为金属或者金属合金或者非金属材料；所述微桥顶部电极层材料为钨、钼、铝、镍、钛或铬或者任何一种它们的合金，优选金。
[0017]按照本发明提供的微桥结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0018]①在带有驱动电路的底层反射层上生长牺牲层，采用光刻刻蚀工艺图形化牺牲层，使牺牲层图案边缘的断面形状呈现正梯形形状，露出驱动电路的电路接口，其中牺牲层的材料为聚酰亚胺、二氧化硅、氧化的多孔硅和磷硅玻璃等；
[0019]②在已有牺牲层图案的衬底上用AZ5214光刻制备金属铝缓冲层图形，然后用磁控溅射法制备金属铝薄膜，铝薄膜的厚度在0.3?1.5μπι范围内，最后用丙酮溶液在超声条件下进行光刻胶的剥离，剥离后在片面留下铝缓冲层图形；
[0020]③在步骤②所得的器件上用PECVD设备及混频溅射技术制作低应力的氮化硅支撑层，制备氮化硅层的厚度范围在0.2?I μ m范围内，然后对该层薄膜进行光刻和刻蚀，刻蚀出支撑桥面图形和红外过滤屏蔽支撑层底部的圆柱，露出电极接口 ；
[0021]④在步骤③所得的器件上进行微桥顶部电极图形的制备。用磁控溅射法制备NiCr薄膜，NiCr薄膜的厚度在0.05?I μ m范围内，用丙酮也在超声条件下进行光刻胶的剥离，剥离后在片面留下NiCr电极图形，要求顶部电极层与电极接口电连接；
[0022]⑤在已制备微桥电极层的衬底上用溅射设备制备敏感层薄膜，厚度为
0.005-0.1 μ m，然后对该层敏感层进行光刻和刻蚀，刻蚀出所需的薄膜图形；
[0023]⑥在敏感图形上用PECVD设备及混频溅射技术制作低应力的氮化硅保护层，制备氮化硅层的厚度范围在0.1?Iym范围内，然后对该层薄膜进行光刻和刻蚀，刻蚀出桥面的图形；
[0024]⑦保护层氮化硅上用AZ5214光刻胶进行顶层金的方形十字架图形的制备，然后用金属热蒸发法制备金属图形，图形的厚度在0.05?0.15 μ m范围内，最后用丙酮也在超声条件下进行光刻胶的剥离，剥离后在片面留下金属的方形十字架图形；
[0025]⑧在步骤⑦所得的器件上继续生长牺牲层，牺牲层厚度为0.3?3μπι，同步骤①进行顶层牺牲的图形化，并露出步骤③中支撑反射层底部圆柱形部分；
[0026]⑨在步骤⑧所得器件上使用PECVD设备及混频溅射技术再次进行低应力氮化硅支撑层制备，其厚度范围在0.2?I μ m，然后对该层薄膜进行光刻和刻蚀，刻蚀出支撑红外屏蔽层的图形；
[0027]⑩在氮化硅支撑层上进行红外屏蔽层金属图形的制备，然后用磁控溅射法或蒸发法制备金属薄膜，其厚度在0.05?0.1 μ m范围，采用半导体工艺或剥离工艺实现金属网格结构；
[0028](Q)用氧气等离子体轰击器件释放牺牲层，形成微桥结构，然后进行封装形成探测单元。
[0029]用作敏感层的氧化钒薄膜采用磁控溅射法制备；溅射时控制溅射功率为100?500W，氧分压为0.5%?10%，溅射时间为5?60min，退火温度为200?600°C。
[0030]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0031]本发明采用通过在非制冷红外探测器的微桥结构上增加方形十字架结构来吸收太赫兹波，从而实现对太赫兹波的探测与成像；对于红外噪声影响探测，采用金属网格结构对红外进行屏蔽吸收；此种器件制备工艺成熟合理。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1为太赫兹室温探测器微桥结构顶层超材料类十字架结构示意图。
[0033]图2为探测器顶层红外屏蔽层结构示意图，灰色部分为金属。
[0034]图3中A?M为本发明的红外屏蔽结构太赫兹室温探测单元结构的简单制备流程，其中图3-A为已具有驱动电路的衬底，图3-B为已具有底部驱动电路和反射层的衬底，图3-C为制备好牺牲层图形的衬底，图3-D为制备出缓冲层图形的衬底，图3-E为制备好微桥支撑层和反射支撑层下部的衬底，图3-F为制备好顶部电极层图形的衬底，图3-G为制备好氧化钒薄膜图形的衬底，图3-H为制备好氮化硅薄膜图形的衬底，图3-1为制备好十字架图形的衬底，图3-J为制备好反射层牺牲层的衬底，图3-K为制备出反射层支撑层上部和桥面的衬底，图3-L为沉积出红外屏蔽结构的衬底，图3-M为释放掉两次牺牲层后的器件结构剖面示意图。
[0035]附图标记:1为衬底、10为驱动电路、21为反射层、22为电路接口、23为底部牺牲层、24为缓冲层、25为微桥支撑层、26为微桥顶部电极、27为氧化钒薄膜、28为氮化硅薄膜、29为十字架层、30为顶层红外屏蔽牺牲层、31为红外屏蔽结构支撑层底部、32为红外屏蔽结构支撑层顶部、33为金属网格结构层。
[0036]图4为红外屏蔽层在太赫兹波段的透过率。
[0037]图5为红外屏蔽层在红外波段的透过率。
[0038]图6为红外屏蔽层的仿真结构图。
[0039]图7是太赫兹室温探测器在2.5THz处的吸收性能曲线，R为反射率，T为透过率，A为吸收率。
[0040]图8为太赫兹室温探测器在频率2.5THz处的仿真结构图。
【具体实施方式】
[0041]下面结合附图以及实施例对本发明作进一步描述:
[0042]本发明提供一种集成红外屏蔽结构的太赫兹波室温探测单元结构，其特征在于:包括衬底1、驱动电路10、反射层21、底部牺牲层23、顶层红外屏蔽牺牲层30，所述反射层设置在驱动电路10上，该驱动电路设有电路接口 22 ;所述底部牺牲层23制备在该带有反射层的衬底上，在反射层由下而上依次制备有缓冲层24、微桥支撑层25和红外屏蔽结构支撑层底部31、微桥顶部电极26，该微桥顶部电极与所述电路接口链接；在该微桥顶部电极和支撑层上由下而上依次制备有氧化钒薄膜、氮化硅层和十字架结构；所述顶层红外屏蔽牺牲层30制备在该带有微桥结构和十字架结构的衬底上,在十字架结构上层依次制备有红外屏蔽结构支撑层顶部32，金属网格结构33，该屏蔽结构支撑层与所述底部支撑层外端相连。
[0043]本发明所述的一种集成红外屏蔽结构的太赫兹波室温探测单元制备流程包括:在带有驱动电路10的反射层21上进行牺牲层23的制备，并用光刻工艺形成牺牲层图案，所形成的牺牲层图案要露出底部电路接口 22 ;制备缓冲层24图案，制备微桥支撑层25和红外屏蔽结构支撑层底部31，并用光刻工艺形成支撑层图案，露出电极接口 22 ;制备顶部电极层26，并用光刻工艺形成微桥顶部金属电极图案，要求微桥顶部电极与电极接口 22相连；制备用作敏感层的氧化钒薄膜27并将其图形化；制备用作保护层的氮化硅薄膜28并将其图形化；植被用作吸收太赫兹的十字架图形29并将其图形化；制备顶层红外屏蔽结构牺牲层30，露出红外屏蔽结构底部支撑层31 ;制备红外屏蔽结构支撑层顶部32，所形成的支撑层结构与红外屏蔽结构支撑层底部31相连；制备用作红外屏蔽功能的金属薄膜，并将其进行光刻图形化后形成金属网格结构32 ;在释放两部分牺牲层后，形成红外屏蔽太赫兹辐射室温探测单元。
[0044]微桥结构中，谐振腔的高度为1.5?3μπι，以充分吸收太赫兹波段的目标辐射；所述牺牲层材料为聚酰亚胺、二氧化硅、磷硅玻璃和氧化的多孔硅等，牺牲层可用等离子轰击、反应离子刻蚀或者用化学试剂去除。支撑材料要求其具有一定的刚性保证微桥结构的稳定性，具有低的应力保证微桥受热形变较小，同时尽量选择热传导较低的材料来制备桥面，所述支撑层有单层薄膜结构或者由多层薄膜构成，材料为二氧化硅或者氮化硅，支撑层的厚度在0.2?Ium之间。设置缓冲层的目的是减弱电路接口与顶部电极层之间的高度差，以方便底部电路和顶部金属线的连接，所述缓冲层材料为金属或者金属合金或者非金属材料；所述顶部电极层材料为铝、钨、钛、钼、镍、铬或者任何一种它们的合金。
[0045]氧化钒薄膜为具有高电阻温度系数的无相变氧化钒薄膜，用作敏感层的氧化钒薄膜采用磁控溅射法制备；溅射时控制溅射功率为100?500W，氧分压为0.5%?10%，溅射时间为5?60min，退火温度为200?600°C。制备的氧化钒薄膜的电阻温度系数为_2% /K?6% /K，厚度为lOOnm。
[0046]微桥上面十字架为太赫兹辐射吸收结构层。
[0047]以下通过实施例对本发明做进一步说明:
[0048]该微桥结构在已经制备好底部驱动电路10的反射层21上展开，驱动电路10已经留出电路接口 22，如图3-B所示。
[0049]首先清洗衬底表面，去除表面沾污，并对衬底在200°C下烘烤，以去除表面水汽，增强粘接性能。用自动涂胶轨道进行光敏聚酰亚胺(牺牲层)的涂覆，通过转速进行调节聚酰亚胺薄膜的厚度，对涂覆的光敏聚酰亚胺进行120°C的烘烤以除去部分胶内的溶剂，利于曝光线条的整齐。采用NIKON光刻机对光敏聚酰亚胺进行曝光过程，经过曝光的衬底送到自动显影轨道进行胶的显影，显影液为标准的正胶显影液TMAH。显影后的光敏聚酰亚胺图形呈现出双桥墩孔图案，如图3-C所示。随后将聚酰亚胺薄膜放置在用惰性保护的退火烘箱中进行亚胺化处理，亚胺化温度设置为阶段上升，最高温度在250°C?400°C，恒温时间为30?120min，亚胺化后的聚酰亚胺厚度为2 μ m。
[0050]采用AZ5214光刻进行金属铝缓冲层图形的制备。首先将AZ5214光刻胶旋转涂覆在衬底表面，然后进行掩膜曝光，曝光完成后用热板烘烤(110°C，1.5min)让曝光部分光刻胶发生变化，继而进行泛曝光进程，然后显影得到需要剥离的图案。采用磁控溅射法制备金属铝薄膜，铝薄膜的厚度为0.5μπι。然后用丙酮溶液在超声条件下进行光刻胶的剥离。剥离后再片面留下如图3-D所示的铝缓冲层图形。
[0051]采用PECVD设备及混频溅射技术制作低应力的氮化硅支撑层，制备氮化硅层的厚度为0.2 μπι。然后对该层薄膜进行光刻和刻蚀，刻蚀出支撑桥面和红外屏蔽结构支撑层下部的图形。该层氮化硅在桥墩处的图形部分覆盖率缓冲层图案，如图3-Ε所示。
[0052]采用ΑΖ5214光刻胶进行NiCr顶部电极图形的制备。首先将ΑΖ5214光刻胶旋转涂覆在制备完衬底支撑层的衬底表面，然后进行掩膜曝光，曝光完成后再用热板烘烤(110°c，
1.5min)然曝光部分的胶发生变化，继而进行泛曝光进程，然后显影得到需要剥离的图案。采用磁控溅射法制备NiCr薄膜，NiCr薄膜的厚度为0.5 μ m。然后用丙酮也在超声条件下进行光刻胶的剥离。剥离后再片面留下如图3-F所示的NiCr电极图形。该图形与底层电路接口相连。
[0053]在制备好电极引线后，用溅射设备制备氧化钒薄膜用作太赫兹波的敏感层。溅射时控制溅射功率为100?500W，氧分压为0.5%?10%，溅射时间为5?60min，退火温度为200?600°C。制备的氧化钒薄膜的相变温度为20?60°C，厚度为0.1 μ m。然后对该层氧化钒薄膜进行光刻和刻蚀，刻蚀出如图3-G所示的上层氧化钒薄膜图形。
[0054]在制备好氧化钒薄膜后，再采用PECVD设备及混频溅射技术制作低应力的氮化硅保护层保护氧化钒薄膜，制备氮化硅层的厚度为0.1 μ m。然后对该层薄膜进行光刻和刻蚀，刻蚀出桥面的图形。该层氮化硅在桥面处的图形，如图3-H所示。
[0055]在保护层氮化硅上用AZ5214光刻胶进行顶层金属的十字架图的制备，然后用金属热蒸发法制备金属图形，薄膜的厚度为0.1 μ m，最后用丙酮也在超声条件下进行光刻胶的剥离，剥离后再片面留下金属的十字架图形，如图3-1所示。
[0056]制备好金属图形后，再次对整个器件进行第二次牺牲层的制作。用自动涂胶轨道进行光敏聚酰亚胺(牺牲层)的涂覆，通过调节转速进行调节聚酰亚胺薄膜的厚度，对涂覆的光敏聚酰亚胺进行120°C下的烘烤以除去部分胶内的溶剂，利于曝光线条的整齐。采用NIKON光刻机对光敏聚酰亚胺进行曝光过程，经过曝光的衬底送到自动显影轨道进行胶的显影，显影液为标准的正胶显影液TMAH。显影后的光敏聚酰亚胺图形呈现出桥墩孔图案，且在桥墩孔底部露出红外屏蔽结构支撑层底部的上端，如图3-1所示。随后将聚酰亚胺薄膜放置在用惰性保护的退火烘箱中进行亚胺化处理，亚胺化温度设置为阶段上升，最高温度在250°C?400°C，恒温时间为30?120min，亚胺化后的聚酰亚胺厚度为3 μ m。
[0057]采用PECVD设备及混频溅射技术制作低应力的氮化硅支撑层，制备氮化硅层的厚度为0.2 μ m,将此氮化娃支撑层与底层红外屏蔽结构支撑层连接起,形成红外屏蔽结构支撑层，如图3-J所示。
[0058]在红外屏蔽结构支撑层上用AZ5214光刻胶进行顶层金属网格结构图形掩膜的制备，然后用金属热蒸发法制备金属图形，薄膜的厚度为0.1 μ m，最后用丙酮也在超声条件下进行光刻胶的剥离，剥离后再片面留下金属的网格结构图形，如图3-K所示。
[0059]用氧气等离子体轰击器件，将已经亚胺化的光敏聚酰亚胺(牺牲层)去除，形成具有氮化硅桥面支撑结构的红外屏蔽太赫兹辐射探测单元，该探测单元的剖面示意图如图3-M所示。
【权利要求】
1.一种集成红外屏蔽结构的太赫兹波室温探测单元，用于太赫兹波段的探测成像，其特征在于:结构包括顶层、第二层、底层；顶层为红外屏蔽结构，第二层为复合薄膜微桥桥面，底层为一个厚金属平面；顶层与第二层之间为顶层红外屏蔽牺牲层(30)，第二层与底层之间为底层牺牲层(23)。
2.根据权利要求1所述的集成红外屏蔽结构的太赫兹波室温探测单元，其特征在于:顶层的红外屏蔽结构由金属网格结构层(33)和红外屏蔽支撑层(32)构成；金属网格结构层(33)是由金属薄膜形成的栅格或网格结构，，该网格结构制作在红外屏蔽支撑层(32)之上；红外屏蔽支撑层(32)制作于顶层红外屏蔽牺牲层(30)之上；该红外屏蔽结构与红外屏蔽结构底部支撑层(31)相连，并受到红外屏蔽结构底部支撑层(31)的支撑作用形成空腔结构。
3.根据权利要求1所述的集成红外屏蔽结构的太赫兹波室温探测单元，其特征在于:所述复合薄膜微桥桥面位于顶层红外屏蔽牺牲层(30)和底层牺牲层(23)之间，其由上到下主要包括顶层吸收层(29)、钝化保护层(28)、敏感层(27)、顶部电极(26)、支撑层(25)；所述顶层吸收层(29)为亚波长结构金属图形的方形十字架结构电磁谐振器；其长度决定吸收器的谐振频率。
4.根据权利要求1所述的集成红外屏蔽结构的太赫兹波室温探测单元，其特征在于:所述底层厚金属平面位于衬底读出电路(21)和底层牺牲层(23)之间，形成太赫兹波的反射；读出电路(21)及与微桥结构的接口(22)设于衬底(I)上。
5.根据权利要求2所述的集成红外屏蔽结构的太赫兹波室温探测单元，其特征在于:所述的顶层金属网格结构材料为金、铝、钛、铜、镍或铬及其合金；金属网格结构厚度为0.05~0.15 μ m,长度和宽度为3-8 μ m ;金属网格结构在红外波段透过率为不超过0.08 %，在l-5THz波段透过率不少于80%，在2-3THz波段透过率不少于90%。
6.根据权利要求3所述的集成红外屏蔽结构的太赫兹波室温探测单元，其特征在于，所述的方形十字架结构材料为金、铝、钛、铜、镍或铬及其合金；所述方形十字架结构的厚度为0.05~0.15 μ m,长度为30~80 μ m，宽为2~5 μ m，吸收太赫兹频率为I~3THz中的特定频点，且在该频点的吸收效率超过95%，该频点为中心带宽为0.1THz吸收效率超过50%。
7.根据权利要求1所述的集成红外屏蔽结构的太赫兹波室温探测单元，其特征在于，所述的顶层红外屏蔽牺牲层(30)厚度为0.3-3μπι，底层牺牲层(23)厚度为0.3-2μπι;复合薄膜微桥桥面和底层牺牲层去除后形成的空腔一起构成高度为1.5-3 μ m谐振腔。
8.根据权利要求1所述的集成红外屏蔽结构的太赫兹波室温探测单元，其特征在于，底层厚金属平面的厚度大于0.3 μ m，金属材料为金、铝、钛、铜、镍或铬及其合金，金属表面粗糙度低于0.01 μ m。
9.一种制备权利要求1-8任一所述集成红外屏蔽结构的太赫兹波室温探测单元的方法，其特征在于，包括以下步骤: ①在带有驱动电路的底层反射层上生长底层牺牲层，采用光刻刻蚀工艺图形化底层牺牲层，使底层牺牲层图案边缘的断面形状呈现正梯形形状，露出驱动电路的电路接口，其中底层牺牲层的材料为聚酰亚胺、二氧化硅或氧化的多孔硅和磷硅玻璃； ②在已有底层牺牲层图案的衬底上用AZ5214光刻制备金属铝缓冲层图形，然后用磁控溅射法制备金属铝薄膜，铝薄膜的厚度在0.3~1.5μπι范围内，最后用丙酮溶液在超声条件下进行光刻胶的剥离，剥离后在片面留下铝缓冲层图形； ③在步骤②所得的器件上用PECVD设备及混频溅射技术制作低应力的氮化硅支撑层，制备氮化硅层的厚度范围在0.2~I μ m范围内，然后对该层薄膜进行光刻和刻蚀，刻蚀出支撑桥面图形和红外过滤屏蔽支撑层底部的圆柱，露出电极接口 ； ④在步骤③所得的器件上进行微桥顶部电极图形的制备；用磁控溅射法制备NiCr薄膜，NiCr薄膜的厚度在0.05~I μ m范围内，用丙酮也在超声条件下进行光刻胶的剥离，剥离后在片面留下NiCr电极图形，要求顶部电极层与电极接口电连接； ⑤在已制备微桥电极层的衬底上用溅射设备制备敏感层薄膜，厚度为0.005-0.1 μ m,然后对该层敏感层进行光刻和刻蚀，刻蚀出所需的薄膜图形； ⑥在薄膜图形上用PECVD设备及混频溅射技术制作低应力的氮化硅保护层，制备氮化硅层的厚度范围在0.1~Iym范围内，然后对该层薄膜进行光刻和刻蚀，刻蚀出桥面的图形； ⑦保护层氮化硅上用AZ5214光刻胶进行顶层的方形十字架图形的制备，然后用金属热蒸发法制备金属图形，图形的厚度在0.05~0.15 μ m范围内，最后用丙酮也在超声条件下进行光刻胶的剥离，剥离后在片面留下金属的方形十字架图形； ⑧在步骤⑦所得的器件上继续生长牺牲层，牺牲层厚度为0.3~3μπι，同步骤①进行顶层牺牲的图形化，并露出步骤③中支撑反射层底部圆柱形部分； ⑨在步骤⑧所得器件上使用PECVD设备及混频溅射技术再次进行低应力氮化硅支撑层制备，其厚度范围在0.2~I μ m，然后对该层薄膜进行光刻和刻蚀，刻蚀出支撑红外屏蔽层的图形； ⑩在氮化硅支撑层上进行红外屏蔽层金属图形的制备，然后用磁控溅射法或蒸发法制备金属薄膜，其厚度在0.05~0.1 μπι范围，采用半导体工艺或剥离工艺实现金属网格结构； 用氧气等离子体轰击器件释放牺牲层，形成微桥结构，然后进行封装形成探测单元。
【文档编号】H01L31/101GK104078526SQ201410317837
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月5日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】王军, 吴雪飞, 张也驰, 苟君, 吴志明, 蒋亚东 申请人:电子科技大学