制作完成的熱電堆器件采用XeF2氣體從正面腐蝕單晶硅襯底，從而形成懸浮膜結(jié)構(gòu)的紅外吸收層進(jìn)而實(shí)現(xiàn)器件的釋放。影響XeF2氣體釋放效果的主要因素包括負(fù)載，即需要釋放的器件結(jié)構(gòu)、器件表面與氣體接觸情況、器件數(shù)目及其在XeF2刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)的分布狀況等和控制刻蝕的各項(xiàng)參數(shù)，即刻蝕循環(huán)數(shù)目、每個(gè)循環(huán)刻蝕時(shí)間及XeF2壓力。考慮到實(shí)驗(yàn)可行性，本文固定負(fù)載，重點(diǎn)研究控制刻蝕的各項(xiàng)參數(shù)的作用。為提高實(shí)驗(yàn)效率，采用正交實(shí)驗(yàn)方法優(yōu)化釋放條件。實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于本文所提出的器件，特定負(fù)載下的優(yōu)化控制參數(shù)為：20個(gè)刻蝕循環(huán)，每個(gè)循環(huán)的刻蝕時(shí)間為60s，XeF2壓力為532 Pa。圖4 為成功釋放后的熱電堆探測器。

　　

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　　2 測試

　　本文所使用的測試系統(tǒng)主要包括黑體作為紅外輻射源，光闌用于減弱背景輻射，斬波器用來調(diào)制熱電堆探測器產(chǎn)生的直流信號(hào)、信號(hào)處理電路、示波器。圖4 中釋放后的熱電堆探測器通過標(biāo)有“+ ”和“- ”號(hào)的引腳將直流電壓信號(hào)接入處理電路的前置放大器。前置放大器的作用是對(duì)微弱的傳感器信號(hào)進(jìn)行初步放大，方便后續(xù)的濾波處理，放大倍數(shù)如果太大會(huì)在濾波處理之前引入很大的噪聲。

　　表征探測器性能的三個(gè)主要指標(biāo)為響應(yīng)率、探測率和時(shí)間常數(shù)。測試結(jié)果：響應(yīng)率13～15 V/W，探測率(1.85～2.15) × 107cmHz1/2/W，時(shí)間常數(shù)20～25 ms，其中，響應(yīng)率和探測率通過輸出電壓來計(jì)算，放大1 000 倍后的電壓信號(hào)如圖5 (a)所示。通過調(diào)節(jié)斬波器的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，使輸出電壓的幅值達(dá)到幅值的1 × 10 - 1倍，此時(shí)的上升時(shí)間即時(shí)間常數(shù)，如圖5 (b)所示。其他器件參數(shù)：幾何尺寸2 mm × 2 mm (釋放前)，熱偶對(duì)數(shù)20，串聯(lián)電阻16～18 kΩ。通過調(diào)整離子注入劑量和能量，可以進(jìn)一步減小串聯(lián)電阻，進(jìn)而提高探測率和響應(yīng)率。

　　

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　　3 結(jié)語

　　介紹了一種采用MEMS工藝制作的熱電堆紅外探測器，并采用XeF2氣體干法刻蝕工藝成功釋放了器件。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于使用干法刻蝕降低了工藝難度，避免了濕法腐蝕的諸多問題，例如，濕法腐蝕溶液不可避免的沖擊可能會(huì)損壞器件結(jié)構(gòu)，這就限制了器件尺寸，不能制作較大的吸收層，還容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形甚至破裂或粘附等問題。另一方面使得腐蝕開口設(shè)計(jì)更加多樣化，進(jìn)而可以優(yōu)化探測器的幾何構(gòu)型。正面刻蝕降低了正反對(duì)準(zhǔn)對(duì)光刻機(jī)的要求，降低了生產(chǎn)成本。本文所介紹的探測器所有結(jié)構(gòu)都是由標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝中最常見的材料構(gòu)成，便于將模擬放大器等后端信號(hào)處理電路整合到傳感器中，真正實(shí)現(xiàn)集信號(hào)產(chǎn)生和處理于一體的MEMS系統(tǒng)。