一种增强吸收的光热探测器的制作方法

本发明涉及光电探测器
技术领域：
，具体涉及一种增强吸收的光热探测器。
背景技术：
：光电探测器的物理效应通常分为光子效应和光热效应，对应的探测器分别称为光子型探测器和光热型探测器。各种光子型探测器的共同特征是采用半导体能带材料，光子能量对探测材料中光电子的产生起直接作用，故光子型探测器存在截止响应频率或波长，且光谱响应限于某一波段，因此不同的材料体系决定了探测器具有不同的响应波长范围，一般难以用于宽谱或多谱段探测。对于光热型探测器，在吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测元件温度上升，从而引起探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化，故光热效应与光子能量的大小没有直接关系，光热型探测器原则上对频率没有选择性。由于红外波段特别是中长波红外以上波段的光热效应相比紫外和可见光更明显，故光热探测器通常用于中长波光学辐射的探测，典型的光热型探测器包括微测辐射热计、热释电探测器和热偶探测器等种类。由于温度升高是热积累的作用，基于光热效应的热探测器一般响应速度较慢，在毫秒量级。然而,现有的光热探测器仍然存在对光的吸收率较低,探测器响应速度较慢的问题。技术实现要素：针对上述问题，本发明的目的是解决光热探测器仍然存在对光的吸收率较低,探测器响应速度较慢的问题。为此，本发明提供了一种增强吸收的光热探测器,包括热敏感线,所述热敏感线的左右两侧设置有正/负电极，所述热敏感线上还设置有孔洞，所述孔洞内填充有光吸收介质。所述光吸收介质为多层结构，由下及上依次为玻璃层、铬层、锗层、硅层、二氧化钛层、二氟化镁。所述玻璃层的厚度为20～150nm，所述铬层的厚度为150～250nm，所述锗层的厚度为25～45nm，所述硅层的厚度为25～45nm，所述二氧化钛层的厚度为40～60nm，所述二氟化镁的厚度为100～150nm。所述玻璃层的厚度为35nm，所述铬层的厚度为210nm，所述锗层的厚度为35nm，所述硅层的厚度35nm，所述二氧化钛层的厚度为55nm，所述二氟化镁的厚度为120nm。所述铬层还可以是钛、铱、钨、镍、银中的一种或多种组合成的合金。所述热敏感线的下方还设置有衬底层。所述衬底层为二氧化硅。上述的一种增强吸收的光热探测器的制备方法,，主要包括如下步骤：步骤一、应用离子束刻蚀方法在热敏感线上制备孔洞；具体的过程是：采用在大气空气环境下打开离子束刻蚀机的真空工作腔室，将待加工的热敏感线固定装夹在工件安装平台上；关闭真空工作腔室；对真空工作腔室抽真空使真空度达到离子源工作真空度；依据热敏感线的形状和尺寸在离子束刻蚀机的人机互动单元处输入规划的离子束扫描轨迹的控制指令；开启离子源，所述控制单元执行控制指令，使离子源对热敏感线进行按规划的扫描轨迹遍历扫描刻蚀；待扫描结束，关闭离子源，放气后打开真空工作腔室，从工件安装平台上取下刻蚀完成后的热敏感线，刻蚀结束；步骤二、应用物理气相沉积技术，在孔洞中光吸收介质；具体的过程是：采用在大气空气环境下打开气相沉积设备的真空工作腔室，将步骤一刻蚀完成后的热敏感线固定装夹在样品台上，需要蒸镀的孔洞与蒸发源对应配合；关闭真空工作腔室；对真空工作腔室抽真空使真空度达到蒸镀工作要求的真空度；依据热敏感线的所需蒸镀的材料，在气相沉积设备的人机互动单元处输入蒸镀的控制指令；开启离子源，所述控制单元执行控制指令，使蒸发源对热敏感线按规划进行蒸镀；待结束后，再设定下一对应蒸镀层的蒸发源、指令，继续进行蒸镀，待依次进行光吸收介质的玻璃层、铬层、锗层、硅层、二氧化钛层、二氟化镁之后，关闭电源，打开真空工作腔室，从样品台上取下蒸镀完成后的热敏感线，蒸镀结束。所述在热敏感线在应用离子束刻蚀方法在热敏感线上制备孔洞之前，还在热敏感线制备孔洞的一面进行甩胶；在蒸镀结束之后，进行除胶。本发明的有益效果：本发明提供的这种增强吸收的光热探测器，解决了现有的光热探测器存在对光的吸收率较低,探测器响应速度较慢的问题，通过在热敏感线中，制备孔洞，并在孔洞中填充对光有更好吸收效果光吸收介质，所吸收的光能够更快更多的转化为热能，从而提高对光的检测敏感度，使得该光探测器响应速度显著提高。以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。附图说明图1是增强吸收的光热探测器结构示意图。图2是光吸收介质结构示意图。图3是含衬底层的增强吸收的光热探测器结构示意图。图4是光吸收介质对不同波长的光的吸收率示意图。图中：1、热敏感线；2、孔洞；3、光吸收介质；4、正/负电极；5、衬底层；301、玻璃层；302、铬层；303、锗层；304、硅层；305、二氧化钛层；306、二氟化镁。具体实施方式为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。实施例1为了解决光热探测器仍然存在对光的吸收率较低,探测器响应速度较慢的问题。本发明提供了一种如图1所示的增强吸收的光热探测器,包括热敏感线1,所述热敏感线1的左右两侧设置有正/负电极4，该正/负电极4用于接入外接的检测电源，以及电流监测设备，通过监测接入电源在热敏感线1两端的电流变化，从而显示入射光的状态；为了提高对入射光的感应，在所述热敏感线1上还设置有孔洞2，所述孔洞2内填充有光吸收介质3，所述光吸收介质3是很好的光吸收材料，如图2所示，该光吸收介质3为多层结构，由下及上依次为玻璃层301、铬层302、锗层303、硅层304、二氧化钛层305、二氟化镁306；该光吸收介质3由下及上对入射光具有不同的折射率，从而使得整体对光的吸收率在90～100％，如图4所示为入射光波长为0～2000nm所述光吸收介质3的吸收率示意图。为了确保光吸收介质3对入射光的吸收，所述玻璃层301的厚度为20～150nm，所述铬层302的厚度为150～250nm，所述锗层303的厚度为25～45nm，所述硅层304的厚度为25～45nm，所述二氧化钛层305的厚度为40～60nm，所述二氟化镁306的厚度为100～150nm。优先的，上述玻璃层301的厚度为35nm，所述铬层302的厚度为210nm，所述锗层303的厚度为35nm，所述硅层304的厚度35nm，所述二氧化钛层305的厚度为55nm，所述二氟化镁306的厚度为120nm。所述铬层302还可以是钛、铱、钨、镍、银中的一种或多种组合成的合金，这些材料同样具有很好的吸收光的效果。所述热敏感线1的材料主要包括VOx、Si、SiGe、YBCO或NiO，热敏感线1的材料的要求是对于热效应能够发生电阻率变化，上述的材料一般具有比较高的电阻温度系数(TCR)，其绝对值大于1％/℃；另外，现有的热释电材料、热电偶等现有可感知热量变化的其他热敏感材料同样可以作为热敏感线1的制作材料。如图3所示，所述热敏感线1的下方还设置有衬底层5，该衬底层5主要起到隔热，防止热量流失、以及防止正/负电极4所连接的外电源的电流、电压损失，避免外部环境影响入射光监测效果的作用，因此，上述衬底层5为二氧化硅；二氧化硅具有很好硬度大、耐高温、耐震、电绝缘特性，可以很好的起到防止热量流失、避免电流正/负电极4所连接的基准电源的电流、电压损失。实施例2上述实施例1所述的一种增强吸收的光热探测器的制备方法，主要包括如下步骤：步骤一、应用离子束刻蚀方法在热敏感线1上制备孔洞2；具体的过程是：采用在大气空气环境下打开离子束刻蚀机的真空工作腔室，将待加工的热敏感线1固定装夹在工件安装平台上；关闭真空工作腔室；对真空工作腔室抽真空使真空度达到离子源工作真空度；依据热敏感线1的形状和尺寸在离子束刻蚀机的人机互动单元处输入规划的离子束扫描轨迹的控制指令；开启离子源，所述控制单元执行控制指令，使离子源对热敏感线1进行按规划的扫描轨迹遍历扫描刻蚀；待扫描结束，关闭离子源，放气后打开真空工作腔室，从工件安装平台上取下刻蚀完成后的热敏感线1，刻蚀结束；步骤二、应用物理气相沉积技术，在孔洞2中蒸镀光吸收介质3；具体的过程是：采用在大气空气环境下打开气相沉积设备的真空工作腔室，将步骤一刻蚀完成后的热敏感线1固定装夹在样品台上，需要蒸镀的孔洞2与蒸发源对应配合；关闭真空工作腔室；对真空工作腔室抽真空使真空度达到蒸镀工作要求的真空度；依据热敏感线1的所需蒸镀的材料，在气相沉积设备的人机互动单元处输入蒸镀的控制指令；开启离子源，所述控制单元执行控制指令，使蒸发源对热敏感线1按规划进行蒸镀；待结束后，再设定下一对应蒸镀层的蒸发源、指令，继续进行蒸镀，待依次进行光吸收介质3的玻璃层301、铬层302、锗层303、硅层304、二氧化钛层305、二氟化镁306之后，关闭电源，打开真空工作腔室，从样品台上取下蒸镀完成后的热敏感线1，蒸镀结束。所述在热敏感线1在应用离子束刻蚀方法在热敏感线1上制备孔洞2之前，还在热敏感线1制备孔洞2的一面进行甩胶，甩胶厚度在100～200nm即可；在蒸镀结束之后，采用lift-off工艺(湿法除胶)进行除胶；这样可以保证只有孔洞2内有吸收介质3，热敏感线1的表面没有吸收介质3。另外，需要说明的是，所述光吸收介质3的蒸镀是在真空环境中操作的，蒸镀设备有关于各种材料蒸镀膜速率的描述，蒸镀的时间根据蒸镀的厚度进行设定，表1所述的为光吸收介质3的各蒸镀层的材料对应的蒸镀温度，其他材料的蒸镀温度可参考蒸镀设备的说明书，进行查阅，本实施例不再详述。表1常用材料蒸镀薄膜温度物质蒸镀温度/℃Glass880Cr1160Ge1170Si1340TiO21850MgF21540综上所述，本实施例提供的这种增强吸收的光热探测器，解决了现有的光热探测器存在对光的吸收率较低,探测器响应速度较慢的问题，通过在热敏感线1中，制备孔洞2，并在孔洞2中填充对光有更好吸收效果光吸收介质3，所吸收的光能够更快、更多的转化为热能，从而提高对光的检测敏感度，使得该光探测器响应速度显著提高。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属
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的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。当前第1页1 2 3