基于多孔硅牺牲层的线列氧化钒非制冷红外探测器制备

　　非制冷红外探测器按工作方式可划分为：微测辐射热计（micro-bolometer），热释电和热电堆这三种红外探测器，由于其广泛应用于。主要工艺过程包括：电化学腐蚀多孔硅牺牲层，氮化硅支撑层和钝化吸收层制备，氧化钒薄膜淀积，膜层图形化，电极制作，膜层刻蚀，牺牲层去除和封装焊接等，其制作流程分别如和。第一种制作过程很明显较第二种步骤少，无需进行氧化钒薄膜腐蚀，但是由于首先制作的金属电极，如果氧第一种氧化钒微桥结构制作流程第二种氧化钒微桥结构制作流程化钒薄膜淀积厚度小于金属电极会导致一定程度接触不良从而影响探测。第二种制作过程优点是可以克服金属电极接触不良，但是在氧化钒膜层图形化的过程中，采用湿法腐蚀如果时间控制不当会引起一定程度侧向腐蚀且极易导致薄膜脱落。无论采用哪种流程，探测器对红外吸收的同时都要尽量减小热导，而真空条件下热导的最大来源主要是支撑桥腿和衬底之间的接触部分，所以制作谐振空腔不仅必要而且对所选择的红外吸收波段作用也十分重要。减小衬底和桥腿接触面积以及延长桥腿都是可行的方法。氮化钛吸收层通过磁控溅射钛金属靶材调节氮氩比流量制备而成。氮化钛具有钝化保护底层和吸收通过的红外辐射作用，具有高吸收率，在红外探测器上具有很好的效果。
　　2制备工艺2.1氧化钒薄膜淀积采用磁控溅射技术制备满足要求的混合相氧化钒薄膜，电阻温度系数在一2%/K左右。相对于普通溅射法的低溅射速率和低气体离化率，磁控溅射系统的正交电场，磁场使电子限制在一定区域内运动，加强了电子同溅射气体分子的撞击几率，使其电离效率有所提高，又能控制反应气体粒子保持在一定区域而远离淀积区，且制备的薄膜厚度均性优于5%.此方法制备的氧化钒薄膜无须再进行退火。
　　调制角频率；康示热响应时间；a表示电阻温度系数。
　　氧化钒薄膜TCR曲线Fig.3正是由于氧化钒薄膜具有负电阻温度系数且高于较其他材料的特性，使得其非常适合作为探测红外辐射的热敏材料。如，磁控溅射制备的氧化钒薄膜整体TCR线性度较好，室温附近阻值在100kD左右。
　　2.2多孔硅牺牲层制备薄膜温升引起的电阻变化率即（TCR）越大，探测器灵敏度越高。而且又要考虑减小热导，因此空腔结构被广泛采用。电化学腐蚀多孔硅作为牺牲层制作空腔结构的优势有：可以通过控制腐蚀电流密度和时间来控制多孔硅层厚度，从而对主要探测的红外波段可精确调控；牺牲层释放快速，简单，只需用简单湿法就可以完全去除；耐高温，可以耐1000°C高温；与标准1C工艺兼容。
　　由于具有以上多种优点，因此选用它来制作128元线列红外探测器。
　　2.2.1制备装置多孔破铂电极聚四乙烯HF十乙醇多孔硅SEM图Fig.5采用单抛电阻率2Xl（T2n.cm的P（111）型高掺杂硅片，在1：1的氢氟酸和乙醇溶液中，铂电极通入电流密度为30mA/cm2，腐蚀时间3min，双槽法制备的多孔硅深度约为2.4pm.满足812nm红外波段探测要求。
　　由于HF酸极易与玻璃反应，因此采用聚四氟乙烯材料作为隔离装置。用双槽法代替单槽法制作的多孔硅电流密度较均匀。多孔硅制备示意图如。制备的多孔硅SEM图如。
　　2.2.2反应机理阳极氧化多孔硅机理较为复杂。在HF和H20溶液中，H20在电场作用下，H+和OH电离。阳极腐蚀后，在电场作用下硅中的空穴产生迁移，并氧化反应生成Si2+，氧化后的Si2+和水离解出的OH相结合，生成Si（OH）2，生成物由于不稳定，分解为Si02和H2. H+在阴极上与电子结合生成氢气。所以结构。但从图形边缘整齐度来说，第一种工艺流程较好。
　　3结论采用电化学腐蚀多孔硅方法制备了满足814nm红外波段的深度为2.4nm的谐振腔，采用磁控溅射制备了TCR约为2%/K且线性度较好和室温附近阻值100kfi左右的VO，薄膜。设计和制作了两种探测器微桥形成过程，并对其进行了讨论和分析。分析了多孔硅牺牲层的形成机理，并成功释放。结果表明第二种工艺流程相对于第一种较繁琐并且实现起来有一定困难，优点是电连接较好。第一种工艺流程虽然较简单，图形整齐度好，但是热敏薄膜厚度需要控制厚于电极厚度。