(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210640679.5 (22)申请日 2022.06.07 (71)申请人 中国科学院半导体 研究所 地址 100083 北京市海淀区清华 东路甲35 号 (72)发明人 程传同　张恒杰　陈润　黄北举　 陈弘达　 (74)专利代理 机构 北京路浩知识产权代理有限 公司 11002 专利代理师 常芳 (51)Int.Cl. G01N 21/35(2014.01) G01N 21/01(2006.01) G01J 3/02(2006.01) G01J 3/28(2006.01) (54)发明名称 一种高灵敏红外光谱传感器及其制作方法 (57)摘要 本发明提供一种高灵敏红外光谱传感器及 其制作方法， 其中， 所述高灵敏红外光谱传感器 包括： 集成的阵列排布的多个红外光传感器单元 和阵列排布的多个红外滤光膜单片； 其中， 每个 所述红外光传感器单元的表面覆盖有一个所述 红外滤光膜单片， 所述多个红外滤光膜单片的红 外透射谱不同。 本发明的高灵敏红外光谱传感器 无分光系统， 可以实现微型化、 低成本、 便携式的 红外光谱仪 。 权利要求书2页 说明书10页 附图5页 CN 115165782 A 2022.10.11 CN 115165782 A 1.一种高灵敏红外光谱传感器， 其特征在于， 包括： 集成的阵列排布的多个红外光传感 器单元和阵列排布的多个红外滤光膜单片； 其中， 每个所述红外光传感器单元 的表面覆盖 有一个所述红外滤光膜单片， 所述多个红外滤光膜单片的红外 透射谱不同。 2.根据权利要求1所述的高灵敏红外光谱传感器， 其特征在于， 所述阵列排布的多个红 外光传感器单 元包括： 第一衬底， 所述第一衬底包括电极阵列层， 所述电极阵列层的上表面裸露； 或者， 第二 衬底和位于所述第二衬底上的电极阵列层； 位于所述电极阵列层上的石墨烯阵列层； 其中， 所述石墨烯阵列层中的每个石墨烯片 与所述电极阵列层中对应的一对电极相接触； 位于所述石墨烯阵列层上的窄带隙半导体层； 其中， 所述窄带隙半导体层覆盖在所述 第一衬底或第二衬底的部分上表面、 所述电极阵列层的部 分上表面和所述石墨烯阵列层的 上表面； 位于所述 窄带隙半导体层上的聚对二甲苯隔离层。 3.根据权利要求2所述的高灵敏红外光谱传感器， 其特征在于， 所述阵列排布的多个红 外滤光膜单片包括： 位于所述聚对二甲苯隔离层上的红外滤光膜阵列层； 位于所述红外滤光膜阵列层上的聚对二甲苯保护层。 4.根据权利要求2所述的高灵敏红外光谱传感器， 其特征在于， 所述第 一衬底由硅互补 金属氧化物半导体CM OS接收电路和氧化硅层制作而成， 所述硅CM OS接收电路的上表面的凹 陷处嵌入有所述电极阵列层， 所述电极阵列层的上表面低于所述硅CMOS接收 电路的上表 面， 所述电极阵列层的上表面和所述第一衬底的上表面高度一 致； 或者， 所述第 二衬底由氧化硅层和以下任意一种衬底制作而成： 表面具有氧化硅的硅、 石英、 聚对 苯二甲酸乙二醇酯P ET和聚二甲基硅氧烷PD MS， 所述电极阵列层镶嵌在所述第二 衬底的上表面且所述电极阵列层的上表面和所述第二衬底的上表面高度一 致。 5.根据权利要求3所述的高灵敏红外光谱传感器， 其特征在于， 所述高灵敏红外光谱传 感器满足以下至少一项： 所述电极阵列层中电极的尺寸 为1‑10微米； 所述石墨烯片包括： 化学气相沉积CVD的单层石 墨烯， 所述石 墨烯片的宽长比为1:100 ‑ 1:1； 所述窄带隙半导体层包括以下任意一种： 硫化铅量子点薄膜、 碲镉汞和碲化汞量子点， 所述窄带隙半导体层的厚度为10 ‑100纳米； 所述聚对二甲苯隔离层的厚度为10 ‑100纳米； 所述红外滤光膜阵列层中的每 个红外滤光膜的结构为 三明治FP结构； 所述聚对二甲苯保护层的厚度为5 0‑500纳米； 所述红外滤光膜单片的红外 透射谱属于红外波段且半高宽小于 50纳米。 6.一种高灵敏红外光谱传感器的制作方法， 其特 征在于， 包括： 提供阵列排布的多个红外光传感器单 元； 在每个所述红外光传感器单元的表面覆盖一个红外滤光膜单片， 形成阵列排布的多个 红外滤光膜单片； 其中， 所述多个红外滤光膜单片的红外 透射谱不同。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115165782 A 27.根据权利要求6所述的高灵敏红外光谱传感器的制作 方法， 其特征在于， 所述提供阵 列排布的多个红外光传感器单 元， 包括： 提供第一衬底， 所述第一衬底包括电极阵列层， 所述电极阵列层的上表面裸露； 或者， 提供第二衬底和位于所述第二衬底上的电极阵列层； 将石墨烯转移到所述电极阵列层上， 并图案化所述石墨烯， 形成石墨烯阵列层； 其中， 所述石墨烯阵列层中的每 个石墨烯片与所述电极阵列层中对应的一对电极相接触； 在所述第一衬底或第 二衬底裸露 的部分上表面、 所述电极阵列层裸露的部分上表面和 所述石墨烯阵列层的上表面制作窄带隙半导体层； 在所述窄带隙半导体层上沉积聚对二甲苯隔离层。 8.根据权利要求7所述的高灵敏红外光谱传感器的制作 方法， 其特征在于， 所述提供第 一衬底， 包括： 提供硅CMOS接收电路， 所述硅CMOS接收电路的上表面的凹陷处嵌入有电极阵列层， 所 述电极阵列层的上表面低于所述硅 CMOS接收电路的上表面； 在所述硅 CMOS接收电路上生长氧化硅层； 采用化学机械抛光CMP工艺对所述氧化硅层进行化学机械抛光， 以使所述电极阵列层 的上表面和所述第一衬底的上表面高度一 致。 9.根据权利要求7所述的高灵敏红外光谱传感器的制作 方法， 其特征在于， 所述提供第 二衬底和位于所述第二衬底上的电极阵列层， 包括： 提供以下任意 一种衬底： 表面具有氧化硅的硅、 石英、 PET和P DMS； 在所述衬底上 形成光刻 胶层； 在所述光刻胶层上进行光刻显影， 形成电极阵列图形； 在所述电极阵列图形的位置沉积电极阵列层； 剥离剩余的所述 光刻胶层； 在所述电极阵列层上沉积氧化硅层； 采用CMP工艺对所述氧化硅层进行化学机 械抛光， 以使所述电极阵列层的上表面 裸露。 10.根据权利要求7所述的高灵敏红外光谱传感器的制作方法， 其特征在于， 所述在每 个所述红外光传感器单元的表面覆盖一个红外滤光膜单片， 形成阵列排布的多个红外滤光 膜单片 采用纳米压印工艺和低温沉积高反膜工艺， 在所述二甲苯隔离层上形成红外滤光膜阵 列层； 在所述红外滤光膜阵列层上沉积聚对二甲苯保护层。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115165782 A 3