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解析紅外探測器的光學讀出結構工業設計方法
光學讀出紅外探測器的像素結構一般包括：錨、支撐梁（包括雙材料梁和隔熱梁）和可動微鏡。錨站立於襯底之上，可動微鏡通過支撐梁與錨相聯接，並懸浮於襯底之上。雙材料梁一般由兩種熱膨脹係數相差較大的材料構成，如由金屬材料和介質材料構成；隔熱梁由熱導係數較小的材料構成；可動微鏡部分一般包括可見光反射層和紅外吸收層。
目前的光學讀出紅外探測器，一般基於矽襯底進行器件結構和工藝設計，其製作方法可以分為兩類：
圖1 基於表麵微機械加工技術製作的光學讀出紅外探測器
一類是采用表麵微機械加工技術製作（如圖1所示），以矽為襯底，以氧化矽、磷矽玻璃、多晶矽為犧牲層，一般采用濕法腐蝕釋放像素結構。由於不需要去除襯底矽，器件的機械強度好，像素之間沒有熱串擾；由於犧牲層厚度隻有幾微米，采用這種方法製作的光學讀出紅外探測器陣列釋放後的像素很容易和矽襯底發生粘連，另外紅外輻射需要透過矽襯底才能入射到像素結構中的紅外吸收層上，而矽在8-14μm波長範圍內的紅外透過率大約為50％左右，也就是說這類器件的紅外輻射利用率一般在50％左右。
圖2 基於體矽微機械工藝製作的光學讀出紅外探測器
另一類是采用體矽微機械工藝製作（如圖2所示），一般采用深反應離子刻蝕（DRIE）方法去除像素下方的矽襯底釋放像素陣列，紅外輻射能無遮擋地入射到像素結構中的紅外吸收層上，大幅提高了紅外輻射的利用率；由於像素結構下的矽襯底被去除，避免了像素和襯底的粘連；但是深反應離子刻蝕過程中高能粒子的轟擊會對像素結構帶來一定程度的損傷，去除像素下方的矽襯底會造成器件的機械強度下降；另外如果像素下方的矽襯底被全部去除時，像素之間會有嚴重的熱串擾。
在目前的方案中，可見光反射層通常直接沉積在紅外吸收層之上，一方麵由於雙材料效應會導致可動微鏡形變，導致器件靈敏度下降；另一方麵，可見光反射層麵積占整個像素麵積的比例較小，像素間無讀出信號的空間較大，像素可見光利用率低。來源：傳感器網
因此，目前的製作方法，還不能同時滿足光學讀出紅外探測器對器件機械強度、熱串擾、像素的無損釋放、紅外輻射利用率、可動微鏡平整度和可見光利用率等方麵的要求。
最後更新：2017-09-25 16:33:42