光學(xué)讀出紅外探測(cè)器的兩種制造方法

工欲善其事，必先利其器。在全球化的今天，專利已不僅僅是創(chuàng)新的一種保護(hù)手段，它已成為商業(yè)戰(zhàn)場(chǎng)中的利器。麥姆斯咨詢傾情打造MEMS、傳感器以及物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的專利運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，整合全產(chǎn)業(yè)鏈知識(shí)產(chǎn)權(quán)資源，積極推動(dòng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)與有效利用。光學(xué)讀出紅外探測(cè)器的像素結(jié)構(gòu)一般包括：錨、支撐梁（包括雙材料梁和隔熱梁）和可動(dòng)微鏡。錨站立于襯底之上，可動(dòng)微鏡通過(guò)支撐梁與錨相聯(lián)接，并懸浮于襯底之上。雙材料梁一般由兩種熱膨脹系數(shù)相差較大的材料構(gòu)成，如由金屬材料和介質(zhì)材料構(gòu)成；隔熱梁由熱導(dǎo)系數(shù)較小的材料構(gòu)成；可動(dòng)微鏡部分一般包括可見(jiàn)光反射層和紅外吸收層。目前的光學(xué)讀出紅外探測(cè)器，一般基于硅襯底進(jìn)行器件結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)，其制作方法可以分為兩類：

圖1 基于表面微機(jī)械加工技術(shù)制作的光學(xué)讀出紅外探測(cè)器一類是采用表面微機(jī)械加工技術(shù)制作（如圖1所示），以硅為襯底，以氧化硅、磷硅玻璃、多晶硅為犧牲層，一般采用濕法腐蝕釋放像素結(jié)構(gòu)。由于不需要去除襯底硅，器件的機(jī)械強(qiáng)度好，像素之間沒(méi)有熱串?dāng)_；由于犧牲層厚度只有幾微米，采用這種方法制作的光學(xué)讀出紅外探測(cè)器陣列釋放后的像素很容易和硅襯底發(fā)生粘連，另外紅外輻射需要透過(guò)硅襯底才能入射到像素結(jié)構(gòu)中的紅外吸收層上，而硅在8-14μm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的紅外透過(guò)率大約為50％左右，也就是說(shuō)這類器件的紅外輻射利用率一般在50％左右。

圖2 基于體硅微機(jī)械工藝制作的光學(xué)讀出紅外探測(cè)器另一類是采用體硅微機(jī)械工藝制作（如圖2所示），一般采用深反應(yīng)離子刻蝕（DRIE）方法去除像素下方的硅襯底釋放像素陣列，紅外輻射能無(wú)遮擋地入射到像素結(jié)構(gòu)中的紅外吸收層上，大幅提高了紅外輻射的利用率；由于像素結(jié)構(gòu)下的硅襯底被去除，避免了像素和襯底的粘連；但是深反應(yīng)離子刻蝕過(guò)程中高能粒子的轟擊會(huì)對(duì)像素結(jié)構(gòu)帶來(lái)一定程度的損傷，去除像素下方的硅襯底會(huì)造成器件的機(jī)械強(qiáng)度下降；另外如果像素下方的硅襯底被全部去除時(shí)，像素之間會(huì)有嚴(yán)重的熱串?dāng)_。在目前的方案中，可見(jiàn)光反射層通常直接沉積在紅外吸收層之上，一方面由于雙材料效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致可動(dòng)微鏡形變，導(dǎo)致器件靈敏度下降；另一方面，可見(jiàn)光反射層面積占整個(gè)像素面積的比例較小，像素間無(wú)讀出信號(hào)的空間較大，像素可見(jiàn)光利用率低。因此，目前的制作方法，還不能同時(shí)滿足光學(xué)讀出紅外探測(cè)器對(duì)器件機(jī)械強(qiáng)度、熱串?dāng)_、像素的無(wú)損釋放、紅外輻射利用率、可動(dòng)微鏡平整度和可見(jiàn)光利用率等方面的要求。【推薦發(fā)明專利】《一種光學(xué)讀出紅外探測(cè)器結(jié)構(gòu)及其制作方法》【發(fā)明內(nèi)容】本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的光學(xué)讀出紅外探測(cè)器結(jié)構(gòu)及其制作方法。探測(cè)器結(jié)構(gòu)包括：玻璃襯底和通過(guò)第二錨懸空于玻璃襯底上的懸浮結(jié)構(gòu)；懸浮結(jié)構(gòu)包括可見(jiàn)光反射層、紅外吸收層以及支撐梁。其中，可見(jiàn)光反射層懸空于上述玻璃襯底，紅外吸收層通過(guò)第一錨懸空于可見(jiàn)光反射層上，支撐梁懸空于可見(jiàn)光反射層上，并且，支撐梁的一端與同一平面內(nèi)的紅外吸收層相連、另一端通過(guò)第二錨固定于玻璃襯底上。

圖3 本發(fā)明的改進(jìn)型光學(xué)讀出紅外探測(cè)器結(jié)構(gòu)剖視圖本發(fā)明基于鍵合技術(shù)的光學(xué)讀出紅外探測(cè)器陣列的制作方法，具有以下有益效果：1、增加了第一犧牲層厚度，采用干法釋放，確保像素結(jié)構(gòu)的安全釋放；2、以完整的玻璃為襯底，像素結(jié)構(gòu)制作在玻璃襯底上，使器件具有良好的機(jī)械強(qiáng)度并避免了像素之間的熱串?dāng)_；3、紅外輻射直接入射到紅外吸收層上，提高了器件的紅外輻射利用率；4、可見(jiàn)光反射層和紅外吸收層在空間上被分開(kāi)，可見(jiàn)光反射層不再存在由于雙材料效應(yīng)導(dǎo)致的變形，并且可見(jiàn)光反射面尺寸的的增加大大提高了可見(jiàn)光的利用率。