一種基于紅外濾波的紅外雙色探測器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于紅外濾波的紅外雙色探測器，主要包括紅外探測器芯片和兩套紅外濾光及增透薄膜，其特征在于：兩套紅外濾光及增透薄膜交錯排列在紅外探測器芯片的紅外輻射入射面上，并與紅外探測器芯片的敏感像元一一對應(yīng)，且兩套紅外濾光及增透薄膜透過紅外光為兩個不同波段，所述的紅外探測器芯片的相鄰兩個敏感像元對兩個不同波段的紅外光能同時響應(yīng)和成像。本實(shí)用新型通過交錯排列的紅外濾光增透薄膜，相鄰的紅外敏感像元可以吸收不同波段的紅外輻射并產(chǎn)生響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了兩個波段同時的紅外雙色成像。
【專利說明】-種基于紅外濾波的紅外雙色探測器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種基于紅外濾波技術(shù)的同時工作模式的新型紅外雙色探測器。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著紅外技術(shù)的不斷發(fā)展，先進(jìn)的紅外系統(tǒng)要求探測器具有更高的探測識別能 力、具備雙/多色同時探測能力、更加智能化，因此三代紅外焦平面探測器的主要標(biāo)志是： 雙/多色探測、超大規(guī)模凝視面陣、低成本制備等。其中，雙/多色是三代器件的主要發(fā)展 方向。
[0003] 雙色紅外探測器是三代紅外探測器發(fā)展方向之一，能對雙波段輻射信息進(jìn)行處 理，大大提高了系統(tǒng)抗干擾和目標(biāo)識別能力，應(yīng)用于導(dǎo)彈預(yù)警、紅外偵察、成像制導(dǎo)等多種 領(lǐng)域。國際上歐美等國家起步較早，于20世紀(jì)80年代末研制出雙波段探測器，并很快應(yīng) 用于武器系統(tǒng)。早期雙色結(jié)構(gòu)多為鑲嵌式，隨著探測器技術(shù)向更大規(guī)模焦平面陣列（FPA) 方向發(fā)展，也要求雙色器件實(shí)現(xiàn)大陣列、焦平面結(jié)構(gòu)以及數(shù)字化。當(dāng)與先進(jìn)的多色信息處 理算法相結(jié)合時，雙色紅外探測器與單色探測器相比可以進(jìn)一步提高探測靈敏度。
[0004] 傳統(tǒng)的雙色紅外探測器有兩種結(jié)構(gòu)：順序模式結(jié)構(gòu)和同時模式結(jié)構(gòu)。順序模式結(jié) 構(gòu)工藝較為容易，與現(xiàn)有讀出電路技術(shù)兼容，但是兩個波段串?dāng)_大，圖像不是嚴(yán)格的時間同 時；同時模式結(jié)構(gòu)可以對雙波段實(shí)現(xiàn)時間上同時和空間上同步的探測，但是工藝結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 讀出電路設(shè)計(jì)困難，下面一個波段的填充因子較低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實(shí)用新型的目的是提出一種基于紅外濾波的紅外雙色探測器，避開復(fù)雜的材料 芯片加工技術(shù)，通過紅外濾光薄膜制備技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同像元對不同波段紅外輻射的選擇，從 而得到兩個波段的紅外圖像。
[0006] 本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種基于紅外濾波的紅外雙色探測器，主要包括紅外探測器芯片和兩套紅外濾光 及增透薄膜，其特征在于：兩套紅外濾光及增透薄膜交錯排列在紅外探測器芯片的紅外輻 射入射面上，并與紅外探測器芯片的敏感像元一一對應(yīng)，且兩套紅外濾光及增透薄膜透過 紅外光為兩個不同波段，所述的紅外探測器芯片的相鄰兩個敏感像元對兩個不同波段的紅 外光能同時響應(yīng)和成像。
[0008] 所述的紅外探測器芯片采用常用的背入射單色紅外探測器芯片工藝制備而成，制 備紅外探測器芯片的材料為響應(yīng)光譜為寬波段響應(yīng)，且包括所述兩套紅外濾光及增透薄膜 透過的兩個波段。
[0009] 所述的紅外濾光及增透薄膜通過常用的雙面對準(zhǔn)光刻、物理氣相沉積或等離子體 刻蝕方式制備兩套交錯的結(jié)構(gòu)在紅外探測器芯片的紅外輻射入射面。
[0010] 紅外探測器芯片1的敏感像元4可以對寬波段的紅外輻射5產(chǎn)生響應(yīng)；兩套紅外 濾光及增透薄膜（2、3)可以對紅外輻射進(jìn)行濾波，只能透過相應(yīng)波段的紅外輻射，并對其有 增透效果，通過改變兩套紅外濾波及增透薄膜（2、3)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以調(diào)整相應(yīng)像元的響應(yīng) 紅外波段（6、7)。二者集成的結(jié)果是只有對應(yīng)的紅外波段輻射（6、7)能夠通過相應(yīng)的紅外 濾光及增透薄膜（2、3)，被紅外探測器芯片1的敏感像元4吸收并響應(yīng)。由于在紅外探測器 芯片1背面有兩套交錯排列的紅外濾光及增透薄膜（2、3)，相鄰的敏感像元4分別同時吸收 兩個波段的紅外輻射（6、7)，通過讀出處理電路提取出兩個波段的紅外圖像，實(shí)現(xiàn)同時讀出 的雙色紅外探測器。
[0011] 本實(shí)用新型的基于紅外濾波的紅外雙色探測器，所述的紅外探測器芯片為具備較 寬波段的紅外探測器，工作波段在短波、中波或長波皆可。短波波段的紅外探測器包括但 不限于Si探測器、InGaAs探測器和HgCdTe探測器，中波波段的紅外探測器包括但不限于 InSb探測器、HgCdTe探測器和量子阱探測器，長波波段的紅外探測器包括但不限于HgCdTe 探測器、量子阱探測器和微測輻射熱計(jì)。
[0012] 本實(shí)用新型制備工藝設(shè)計(jì)可調(diào)且高度集成，可優(yōu)化為與紅外探測器工藝完全兼 容。本實(shí)用新型通過交錯排列的紅外濾光及增透薄膜，相鄰的紅外敏感像元可以吸收不同 波段的紅外輻射并產(chǎn)生響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了兩個波段同時的紅外雙色成像。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖2為本實(shí)用新型的一種紅外濾光及增透薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖3為本實(shí)用新型的紅外濾光及增透薄膜的工藝制備步驟示意圖；
[0016] 其中1、紅外探測器芯片，2、波段I的紅外濾光及增透薄膜，3、波段II的紅外濾光 及增透薄膜，4、紅外探測器敏感像元，5、目標(biāo)場景含有多個波段的紅外輻射，6、透過紅外濾 光及增透薄膜波段II的紅外輻射，7、透過紅外濾光及增透薄膜波段I的紅外輻射，8、第一 種折射率的紅外光學(xué)材料(如鍺)，9、第二種折射率的紅外光學(xué)光學(xué)(如氧化硅)，10、紅外探 測器芯片襯底材料，11為光刻膠。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新 型實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0018] 如圖1所示，本實(shí)用新型主要包括紅外探測器芯片1和兩套紅外濾光及增透薄膜 (2, 3)，其特征在于：兩套紅外濾光及增透薄膜（2, 3)交錯排列在紅外探測器芯片1的紅外 輻射入射面上，并與紅外探測器芯片1的敏感像元4 一一對應(yīng)，且兩套紅外濾光及增透薄膜 (2, 3)透過紅外光為兩個不同波段（6, 7)，所述的紅外探測器芯片1的相鄰兩個敏感像元4 對兩個不同波段（6, 7)的紅外光能同時響應(yīng)和成像。
[0019] 所述的紅外探測器芯片采用常用的背入射單色紅外探測器芯片工藝制備而成，制 備紅外探測器芯片的材料為響應(yīng)光譜為寬波段響應(yīng)，且包括所述兩套紅外濾光及增透薄膜 透過的兩個波段。所述的紅外濾光及增透薄膜通過常用的雙面對準(zhǔn)光刻、物理氣相沉積或 等離子體刻蝕方式制備兩套交錯的結(jié)構(gòu)在紅外探測器芯片的紅外輻射入射面。
[0020] 紅外探測器芯片1的敏感像元4可以對寬波段的紅外輻射5產(chǎn)生響應(yīng)；兩套紅外 濾光及增透薄膜（2、3)可以對紅外輻射進(jìn)行濾波，只能透過相應(yīng)波段的紅外輻射，并對其有 增透效果，通過改變兩套紅外濾波及增透薄膜（2、3)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以調(diào)整相應(yīng)像元的響應(yīng) 紅外波段（6、7)。二者集成的結(jié)果是只有對應(yīng)的紅外波段輻射（6、7)能夠通過相應(yīng)的紅外 濾光及增透薄膜（2、3)，被紅外探測器芯片1的敏感像元4吸收并響應(yīng)。由于在紅外探測器 芯片1背面有兩套交錯排列的紅外濾光及增透薄膜（2、3)，相鄰的敏感像元4分別同時吸收 兩個波段的紅外輻射（6、7)，通過讀出處理電路提取出兩個波段的紅外圖像，實(shí)現(xiàn)同時讀出 的雙色紅外探測器。
[0021] 如圖2、圖3所示，本實(shí)用新型按以下步驟進(jìn)行制作：
[0022] 1、按照傳統(tǒng)的單色紅外器件工藝制備紅外探測器芯片1 ;
[0023] 2、將紅外探測器芯片1背面的襯底材料10減薄到10微米以內(nèi)；
[0024] 3、采用光學(xué)鍍膜機(jī)在剩下的襯底材料上蒸鍍第一種紅外濾波及增透薄膜2,見圖 3中的a步。該薄膜結(jié)構(gòu)可以根據(jù)應(yīng)用需要的波段范圍進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如：針對中波紅外的 某個波段，為（150nm Ge+180nm SiO/層）X8 層 + (180nm Ge+300nm SiO) X8 層。
[0025] 4、采用光刻技術(shù)在第一種紅外濾波及增透薄膜2上制備光刻膠11圖形，見圖3中 的b步。要求背面的紅外薄膜的光刻圖形和芯片正面的探測器敏感像元4精密對準(zhǔn)，因此 采用雙面對準(zhǔn)的光刻技術(shù)。
[0026] 5、采用等離子體刻蝕技術(shù)將光刻的圖形復(fù)刻到第一種紅外濾波及增透薄膜2上。 第一種紅外濾波及增透薄膜2間隔分別在每個敏感像元4的襯底上，見圖3中的c步。
[0027] 6、重復(fù)工藝步驟3?5,將第二種紅外濾波及增透薄膜3制備到第一種紅外濾波及 增透薄膜2的間隔中，見圖3中的d步、圖3中的e步。
[0028] 7、清洗并去掉表面殘余的光刻膠，得到了兩套交錯分布的紅外濾光及增透薄膜 (2、3)，相鄰的敏感像元（4)對應(yīng)不同波段（6、7)的紅外濾光及增透薄膜（2、3)，形成紅外雙 色探測器，見圖3中的f步。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于紅外濾波的紅外雙色探測器，主要包括紅外探測器芯片和兩套紅外濾光及 增透薄膜，其特征在于：兩套紅外濾光及增透薄膜交錯排列在紅外探測器芯片的紅外輻射 入射面上，并與紅外探測器芯片的敏感像元一一對應(yīng)，且兩套紅外濾光及增透薄膜透過紅 外光為兩個不同波段，所述的紅外探測器芯片的相鄰兩個敏感像元對兩個不同波段的紅外 光能同時響應(yīng)和成像。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于紅外濾波的紅外雙色探測器，其特征在于：所述的紅外探 測器芯片采用常用的背入射單色紅外探測器芯片工藝制備而成，制備紅外探測器芯片的材 料為響應(yīng)光譜為寬波段響應(yīng)，且包括所述兩套紅外濾光及增透薄膜透過的兩個波段。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于紅外濾波的紅外雙色探測器，其特征在于：所述的紅外濾 光及增透薄膜通過常用的雙面對準(zhǔn)光刻、物理氣相沉積或等離子體刻蝕方式制備兩套交錯 的結(jié)構(gòu)在紅外探測器芯片的紅外輻射入射面。
【文檔編號】H01L31/0216GK203883014SQ201420175324
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】黃立, 周文洪 申請人:武漢高德紅外股份有限公司