一种自补偿式红外探测器及其制作方法

本发明涉及半导体技术，尤其涉及一种自补偿式红外探测器及其制作方法。

背景技术：

1、热释电红外探测器相对于其他类型的红外探测器来说具有便携性好、制造成本低、结构简单等优点，被广泛应用于医疗诊断、火灾救援、安防检测等领域。具有热释电特性的材料自身的极化强度在随外界温度的变化而变化的同时会表现出电荷释放现象，热释电探测器以正是此类材料为敏感元感知外界辐射变化。传统结构的热释电红外探测器是在敏感元材料极化方向的法向制备两个异侧电极来收集极化电荷并输出电信号。此类结构的探测器制备方法通常是先在衬底上先制备一层金属层作为底电极，然后通过薄膜沉积的方法在金属层上制备热释电薄膜，最后在热释电薄膜上制备一层金属层作为上电极。这种层叠结构制备探测器的方法时所得的成品率较高，因此被广泛地使用。

2、但随着红外探测应用场景的变化发展，对热释电红外探测器抗环境干扰的性能提出了更高的要求，制备的探测器需要做到消除环境温度背景信号和震动带来的干扰。一方面，目前使用更薄的热释电薄膜来提高探测器的响应速率，以减少环境温度背景信号对探测器的干扰，但探测器响应速率的增大往往意味着其信号幅度的减小，这对探测器信号的后端处理电路有着更高的要求；另一方面，可以通过封装现有层叠式结构的探测器，以封装材料的热绝缘性以及减震效果来消除环境温度背景信号与震动带来的干扰，但封装结构的制备需要经过退火、光刻、刻蚀、蒸镀等繁琐的工艺流程，会大大增加探测器制备的难度以及工序的复杂性，进而降低探测器制备的成功率。

3、综上，目前这些方案都无法从根本上提供一种可以简易消除环境温度背景信号和震动等干扰信号影响的热释电红外探测器，极大地限制了热释电红外探测器的发展。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种自补偿式红外探测器及其制作方法，以解决上述现有技术存在的问题。

2、本发明中所述一种自补偿式红外探测器，包括阵列设置的热释电单元；每个热释电单元分别独立设有一热释电薄膜，各热释电单元中的热释电薄膜下端面共接一金属下电极；热释电薄膜上端面的一侧设有第一金属上电极，另一侧设有第二金属上电极；在所述第一金属上电极上设有吸收层。

3、所述吸收层的材料为石墨烯，或炭黑，或金黑，或碳纳米管。

4、所述吸收层的结构为层叠结构或超表面结构。

5、所述第一金属上电极和/或第二金属上电极的材料为pt/cr，或pt/ti，或au/cr，或au/ti。

6、所述热释电薄膜由一种以上单晶材料层叠构成；所述单晶材料为硫酸三甘肽，或钽酸锂，或铌酸锂。

7、所述热释电薄膜由一种以上陶瓷材料层叠构成；所述陶瓷材料为钛酸铅，或锆钛酸铅，或钙钛酸铅。

8、所述热释电薄膜由一种以上陶瓷材料与一种以上单晶材料层叠构成。

9、所述绝缘介质层的材料为二氧化硅；。

10、所述衬底的材料为硅，或铌酸锂。

11、本发明中所述一种自补偿式红外探测器的制作方法，包括以下步骤：在金属下电极上制备单元化的热释电薄膜；在各热释电薄膜上的一侧分别制备第一金属上电极，另一侧分别制备第二金属上电极；在各第一金属上电极上分别制备吸收层得到目标器件。

12、本发明中所述一种自补偿式红外探测器及其制作方法，其优点在于，通过使用自补偿式结构极大地降低了环境温度背景信号和震动对探测器性能的干扰，能够解决目前红外探测器抗干扰能力差的问题，可广泛应用于微纳传感器件的设计制备领域。

技术特征：

1.一种自补偿式红外探测器，包括阵列设置的热释电单元(100)；每个热释电单元(100)分别独立设有一热释电薄膜(104)，各热释电单元(100)中的热释电薄膜(104)下端面共接一金属下电极(103)；

2.根据权利要求1所述一种自补偿式红外探测器，其特征在于，所述吸收层(107)的材料为石墨烯，或炭黑，或金黑，或碳纳米管。

3.根据权利要求1所述一种自补偿式红外探测器，其特征在于，所述吸收层(107)的结构为层叠结构或超表面结构。

4.根据权利要求1所述一种自补偿式红外探测器，其特征在于，所述第一金属上电极(105)和/或第二金属上电极(106)的材料为pt/cr，或pt/ti，或au/cr，或au/ti。

5.根据权利要求1所述一种自补偿式红外探测器，其特征在于，所述热释电薄膜(104)由一种以上单晶材料层叠构成；所述单晶材料为硫酸三甘肽，或钽酸锂，或铌酸锂。

6.根据权利要求1所述一种自补偿式红外探测器，其特征在于，所述热释电薄膜(104)由一种以上陶瓷材料层叠构成；所述陶瓷材料为钛酸铅，或锆钛酸铅，或钙钛酸铅。

7.根据权利要求5或6所述一种自补偿式红外探测器，其特征在于，所述热释电薄膜(104)由一种以上陶瓷材料与一种以上单晶材料层叠构成。

8.根据权利要求1所述一种自补偿式红外探测器及其制作方法，其特征在于，所述绝缘介质层(102)的材料为二氧化硅；。

9.根据权利要求1所述一种自补偿式红外探测器及其制作方法，其特征在于，所述衬底(101)的材料为硅，或铌酸锂。

10.权利要求1至9任一项所述一种自补偿式红外探测器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：制备金属下电极(103)；在金属下电极(103)上制备单元化的热释电薄膜(104)；在各热释电薄膜(104)上的一侧分别制备第一金属上电极(105)，另一侧分别制备第二金属上电极(106)；在各第一金属上电极(105)上分别制备吸收层(107)得到目标器件。

技术总结本发明公开了一种自补偿式红外探测器及其制作方法，涉及半导体领域，针对现有技术中红外探测器的抗干扰能力差的问题提出本方案。主要通过设置无吸收层结构的补偿单元以及带有吸收层结构的感受单元，以二者间的信号差值来作为红外探测器的输出。优点在于，通过使用自补偿式结构极大地降低了环境温度背景信号和震动对探测器性能的干扰，能够解决目前红外探测器抗干扰能力差的问题，可广泛应用于微纳传感器件的设计制备领域。技术研发人员：周长见,邓永健,戴君豪,陈基伟受保护的技术使用者：华南理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18