MEMS熱電堆紅外探測器的結(jié)構(gòu)設(shè)計及制造研究.pdf

1、在現(xiàn)代社會中，無論是軍用還是民用領(lǐng)域，紅外探測器都有越來越重要的地位。熱電堆紅外探測器作為非制冷型紅外探測器的一種，自20世紀(jì)80年代MEMS（微機(jī)械系統(tǒng)）工藝技術(shù)的引進(jìn)，陸續(xù)出現(xiàn)了IC兼容的微機(jī)械硅基紅外探測器類型，相較傳統(tǒng)方法制作的熱電堆器件具有低成本、低功耗、小型化等特點，受到國內(nèi)外研究人員越來越多的關(guān)注。但是近年來的研究在設(shè)計與工藝兼容方面始終存在一些弊端，因此本文針對結(jié)構(gòu)和工藝兼容進(jìn)行一系列創(chuàng)新，通過大量的工藝制備實驗，完整的

2、得出一種制備簡單、與CMOS兼容性強(qiáng)的新型熱電堆紅外探測器工藝流程。
　　本文的主要研究重點有：
　?。?）理論設(shè)計方面，針對成本和IC兼容性方面進(jìn)行了幾點創(chuàng)新，包括有：突破單層硅片干法刻蝕對尺寸的限制和SOI襯底價錢昂貴，不易于成批制造的缺點，采用了氧化層上的多晶硅（Si-SiO2-POLY）作為襯底；兩層熱偶條采用疊放的方式，有效節(jié)省結(jié)構(gòu)空間，中間采用LPCVD制作氧化硅作為熱電隔離。通過熱平衡分析設(shè)計的結(jié)構(gòu)模型，從熱偶

3、條長度、寬度、厚度、對數(shù)和吸收區(qū)邊長幾個方面的優(yōu)化對比。
　?。?）工藝方面，針對本設(shè)計的探測器結(jié)構(gòu)，分析在制備過程中的工藝步驟。對這些工藝過程進(jìn)行實驗對比，實驗包括有：多晶硅高深寬比凹槽（大于2μm）的刻蝕實驗中側(cè)壁形貌和尺寸控制與刻蝕條件的關(guān)系；使用氧化硅進(jìn)行深槽填充時填充程度和填充后表面平整度的測試實驗；關(guān)于在高深寬比結(jié)構(gòu)內(nèi)形成所需尺寸結(jié)構(gòu)的條件研究和XeF2干法釋放的條件實驗等。并對實驗結(jié)果進(jìn)行分析說明。
　　（3）

4、另外，本文采用鹵素氣體對非晶硅進(jìn)行刻蝕出現(xiàn)的針狀結(jié)構(gòu)（“黑硅”）作為探測器的表面吸收層。通過不同刻蝕條件得到表面黑化程度不同的樣片；并對樣片的紅外吸收率進(jìn)行測試。
　　本文通過對各項工藝制備條件的對比，得到了不同實驗中多組樣片結(jié)果，進(jìn)行了wafer表面或者掰片后側(cè)壁的電鏡測試。通過對測試結(jié)果進(jìn)行分析，最終驗證了設(shè)計中各項創(chuàng)新點在實際工藝制備中的可行性。在克服所有工藝難題的基礎(chǔ)上，整合本設(shè)計的工藝制備步驟，成功的得出具有腐蝕自停止、