基于黑硅为吸收层的热电堆红外探测器

一种MEMS热电堆红外探测器的制备方法与流程1. 概述本文介绍了一种基于MEMS（微机电系统）技术的热电堆红外探测器的制备方法与流程。

热电堆红外探测器是一种能够将红外辐射转化为电信号的器件，具有广泛的应用前景，包括红外热像仪、红外传感器等领域。

本文重点阐述了该红外探测器的制备步骤，包括材料准备、微加工工艺、热电堆结构设计和制备过程。

通过优化制备方法与流程，可以提高红外探测器的性能和可靠性。

2. 材料准备2.1 硅基底选择适当材质的硅基底作为红外探测器的基础材料，通常选择单晶硅或多晶硅。

硅基底具有较好的热导率和机械性能，能够提供稳定的支撑结构。

2.2 热电材料选择适当的热电材料作为探测器的热电堆材料，常用的热电材料包括铋锑合金、铟锑合金等。

这些材料具有较高的热电效应，可以将热能转化为电能。

2.3 金属电极材料选择适当的金属电极材料作为热电堆的电极，常用的金属材料包括铝、金、银等。

金属电极具有良好的导电性能和稳定性，可以提供电信号的传输和连接。

3. 微加工工艺3.1 光刻工艺利用光刻技术在硅基底上制作图案，用于定义热电堆和电极的形状和尺寸。

通过选择适当的光刻胶和掩膜，可以实现高精度的图案转移。

3.2 刻蚀工艺利用刻蚀技术去除不需要的材料，以形成热电堆和电极的结构。

常用的刻蚀方法包括湿法刻蚀和干法刻蚀，可以根据具体需求选择合适的刻蚀工艺。

3.3 沉积工艺利用沉积技术在硅基底上沉积热电材料和金属电极。

常用的沉积方法包括物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD），可以实现材料的高质量沉积。

3.4 电性测试在微加工工艺的每个步骤之后，进行电性测试以评估器件的性能。

通过电性测试可以检测器件的导电性、热电效率等参数，验证器件的可靠性和稳定性。

4. 热电堆结构设计4.1 热电堆阵列设计热电堆的阵列结构，可以提高红外探测器的敏感度和空间分辨率。

常见的热电堆阵列包括一维和二维结构，可以根据应用需求选择合适的结构。

硅技术在红外探测器中的应用研究红外探测技术在近年来取得了很大的发展，成为了当今最为重要的探测技术之一。

而硅技术作为一种常见的制造技术，在红外探测器中也有着广泛的应用。

本文将对硅技术在红外探测器中的应用进行研究和介绍。

一、红外探测技术的概述红外光谱是指波长在0.75-1000微米范围内的光谱，其中的光子能量较小，与物质的能量差相近，能够与物质相互作用，因此红外光谱可以用来研究物质的分子结构和化学组成。

红外探测技术是利用物体发出或反射的红外辐射来进行物质分析和探测的技术。

它可以用来研究物体的温度、成分、形态等特征，具有非接触、高精度等优点，已广泛应用于通信、能源、医疗等领域。

二、硅技术在红外探测器中的应用硅是一种常见的半导体材料，具有良好的电学性能和机械性能，可以制备出高性能的红外探测器。

硅晶片制造技术已十分成熟，可以实现高精度加工，对于制造红外探测器来说具有重要意义。

硅技术在红外探测器中的应用主要有以下几个方面：1、硅基元件的制备硅基元件是指基于硅晶片制备的红外探测器元件。

硅材料的带隙能够嵌入在红外光谱范围内，可以感受到红外辐射，因此可以用来制备红外探测器。

例如，硅基热电探测器是利用硅材料的热电效应制备的，可以用于测量物体的热辐射特性。

硅基探测器还包括硅基光电探测器、硅基光调制器等。

硅基元件具有制备工艺简单、成本低廉等优点，在红外探测技术中应用广泛。

2、硅基微机电系统(MEMS)技术硅基微机电系统是一种集成了机械、电子、信息等多种功能的微型系统。

MEMS技术通过采用硅微加工工艺，制备出微型机械元件，并结合电子技术和信息技术，实现微型系统的功能。

在红外探测技术中，MEMS技术可以制备出高精度的微型传感器、微型反射镜等元件，可以用于实现微型光学元件的制备和探测。

3、硅基集成电路技术硅基集成电路技术是指利用硅作为集成电路载体制备出电路部件和功能，并将各种电路和器件集成在一起，形成能够实现复杂功能的集成电路。

浅谈MEMS热电堆红外传感器MEMS热电堆红外传感器是一种新型的红外传感器技术，具有体积小、功耗低、响应速度快等优点。

下面将从原理、制备工艺、应用以及发展前景等方面进行浅谈。

MEMS热电堆红外传感器的原理是利用热电堆的红外光谱吸收和热电效应来实现红外探测。

它的基本结构由一系列热电阻、传感器和测温电阻组成。

当红外光照射到热电阻上时，光能被吸收并转化为热能，引起热电阻产生温度变化。

此时，热电阻的电阻值就会发生变化，通过测温电阻测得的电压信号可以反映红外辐射的强度，从而实现红外传感。

MEMS热电堆红外传感器的制备工艺相对复杂，但具有较高的成本效益。

常见的制备工艺包括MEMS技术、纳米技术等。

通过光刻和薄膜沉积技术在硅基底上制备出纳米尺度的热电阻和红外吸收层。

然后，将制备好的热电阻和测温电阻组装在一起，并通过电路连接实现信号读取。

MEMS热电堆红外传感器具有广泛的应用前景。

它在工业领域具有重要的应用价值。

可以用于测量高温炉炉壁温度，检测工业生产中的燃气泄漏等。

MEMS热电堆红外传感器还可以应用于人体感应技术。

它可以检测人体发出的红外辐射，从而实现自动开灯、智能安防等功能。

它还可以应用于无人机、机器人、医疗设备等领域，为各类智能设备提供重要的红外感知功能。

MEMS热电堆红外传感器的发展前景非常广阔。

随着纳米技术和MEMS技术的不断进步，传感器的性能将进一步提高。

红外吸收层的材料可以选择更高效的纳米材料，从而提高传感器的灵敏度。

该技术在自动化、智能制造等领域的应用前景非常广阔，将为相关产业带来巨大的经济效益。

MEMS热电堆红外传感器还可以与其他传感技术相结合，实现多样化的功能，如气体传感、温度传感等。

专利名称：PN结增强的黑硅肖特基结红外探测器及其制备方法
专利类型：发明专利
发明人：胡斐,孙剑,陆明
申请号：CN201910858210.7
申请日：20190911
公开号：CN110718596A
公开日：
20200121
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明属于光电探测器技术领域，具体为一种PN结增强的黑硅肖特基结红外探测器及其制备方法。

本发明红外探测器其结构自上而下依次为前表面电极、前表面钝化层、前表面黑硅层、PN 结、硅衬底、背表面黑硅层、肖特基结、背表面电极；该探测器利用黑硅的宽带（紫外‑近红外波段）、高效减反作用来提高红外光吸收率，利用黑硅和金属或金属硅化物间形成的三维肖特基结提高内光电子发射效率，利用PN结提高光生电荷的传输效率，从而提高红外光电响应。

申请人：复旦大学
地址：200433 上海市杨浦区邯郸路220号
国籍：CN
代理机构：上海正旦专利代理有限公司
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黑硅红外光源传感器系统的设计张春恒;彭旭锋;郇弢;刘文怡【摘要】针对目前气体传感器灵敏度较低的问题,设计了一种利用黑硅作为辐射层并且连接放大电路和控制芯片的红外光源传感器系统.首先介绍了红外光源的制造和仿真以及新型的纳米材料黑硅,黑硅的引入可以使光源的辐射效率提高40%;然后完成了传感器系统外围电路的设计,包括电源驱动电路、二级滤波放大电路和中央处理器等;最后对所设计的系统进行了测试,测试结果表明,该系统能有效提升气体传感器的敏感度,符合设计要求.【期刊名称】《光通信研究》【年(卷),期】2017(000)001【总页数】4页(P47-50)【关键词】黑硅;辐射层;红外光源;气体传感器【作者】张春恒;彭旭锋;郇弢;刘文怡【作者单位】中北大学电子测试技术国防重点实验室,太原 030051;北京宇航系统研究所,北京 100076;首都航天机械公司,北京 100076;中北大学电子测试技术国防重点实验室,太原 030051【正文语种】中文【中图分类】TN212目前国内市场上有多种检测气体的传感器,有的是基于光学原理,有的是基于电化学原理。

市场调查发现,大多数传感器敏感度较低,且核心器件大多购买于国外。

本文设计了一种利用黑硅作为红外光源辐射层材料来提高灵敏度的红外传感器系统,还可通过外围电路来放大采集到的信号;阐述了红外光源的制造及仿真,外围电路的设计,并利用配气装备对系统进行测试,测试结果表明,系统的平均响应时间在20 s以内,探测精度在体积分数的0.04%以内,有效地提高了气体传感器精度。

1.1 红外光源的制造红外光源的制造分为稳态分析、加热电阻材料选择、支撑层材料选择、辐射区发射率增强设计和结构设计等。

(1)稳态分析本设计利用电阻悬空的方法来降低红外光源的功耗,提高光源的热响应速度[1],具体方法是将硅基底上的发热电阻释放掉并加入支撑层,以有效降低硅基底的热量[2]。

令EG为辐射功耗,则有式中,A为光源有效辐射区的面积;σ为斯特藩-玻尔兹曼常数,且有σ=5.67×10-8W/m2;ε1和ε2分别为辐射区上、下表面的辐射率;T为光源有效辐射区的温度;T0为环境温度。

一种基于悬浮吸收层的双层结构的热电堆红外探测器陈媛婧;毛海央;谭秋林;薛晨阳;欧文;陈大鹏;熊继军【期刊名称】《传感技术学报》【年(卷),期】2014(27)6【摘要】A novel infrared ( IR ) detector is designed and presented. The detector takes advantage of suspended absorber-thermopile bi-layers to achieve high performance with a relatively small size. The bi-layers are realized by using two separated sacrificial layers, which include a Poly-Si film beneath the thermopiles and a polyimide deposition over the thermopiles. Simulation results demonstrate that thedetectivity,responsibility and response time of the IR detectors can reach 2. 85×108 cmHz(1/2)/W,1 800 V/W and 6 ms,respectively. Moreover,the fabrication of the IR detector is highly compatible with standard CMOS process, which as a result, makes the high-yield and low-cost production possible.%提出一种新颖红外传感器，这种传感器采用悬浮吸收层的双层结构的优势，来实现相对小尺寸下的高探测性能。