金属铝热偶条，对提高热电堆红外探测器的性能有哪些作用？ 在红外热电堆探测器设计制备中，一般选用氧化硅和氮化硅复合膜层作为支撑层，除此之外探测器的输出电势还与两种材料的塞贝克系数有关，两种材料塞贝克系数差值越大，则输出越高，在各种研究中经常采用各种化合物来提高热电堆的性能。 但是一般与MEMS工艺兼容性较差，而Ｐ型多晶硅材料除了具备较高的塞贝克系数，其工艺简单易制备，金属铝虽然热导率较高但是具备良好的塞贝克系数差和良好的热电优值，且成本低，易批量制备，因此设计常采用Ｐ型多晶硅和铝作为热偶材料。 热偶条的形貌对热电堆器件的性能起决定性因素，根据式（１）可知热电堆的响应输出与温差成正比，温差越大，输出越高。 为了确保热偶具备较高的温差，从而要求热电堆探测器具备较低的热导，热偶条结构热导对整个器件的总热导影响较大，而其中金属铝条更是具备较高的热导率，为了减小热损失，得到更大的温差，就需要铝热偶条结构横截面尽可能小。 然而铝热偶条过窄会造成更大的热电堆电阻，从而产生更高的噪声电压，影响器件的探测率等性能，因此制备符合要求的金属铝热偶条对提高热电堆红外探测器的性能具有重要意义。 根据前期热电堆探测器的理论设计及仿真验证，得到了器件的关键尺寸如表１所示，其中金属铝热偶条制备要求长度800μｍ，宽３μｍ，高０.４μｍ，且热偶条间隙窄，对准精度要求高。 因此针对热电堆中铝热偶条，分别采用IBE刻蚀工艺、Lift-off剥离工艺等方法制备研究，优化制备工艺，最后通过剥离工艺制备得到了形貌及电性能均满足热电堆设计指标的铝热偶条。 在MEMS制备工艺中，铝通常作为金属引线和焊盘等，目前金属铝结构常采用干法刻蚀、湿法刻蚀以及Lift-off剥离工艺。 干法刻蚀金属铝主要包括RIE反应离子刻蚀、ICP等离子刻蚀、IBE离子束溅射刻蚀３种类型，离子束溅射刻蚀常用Ａｒ等惰性气体，带电粒子在电场的作用下加速，通过溅射刻蚀作用将未被掩蔽的表面材料去除进而达到刻蚀的目的，属纯物理刻蚀。 该刻蚀方法优势在于定向性和普适性较高，但刻蚀后图形质量不高且对表面损伤较大，选择比１:１且极难提高，RIE反应离子刻蚀方法中常用CI２、BCI３等气体对铝进行刻蚀，铝则会与主刻蚀气体CI２反应生成AICI３，AICI３熔点沸点相对较低易挥发。 会在刻蚀过程中随气流排出反应腔室，然而铝本身极易与氧气反应生成氧化铝屏蔽层，对刻蚀的进一步进行造成阻碍，导致钻刻明显，为此加入辅助刻蚀气体BCI３，其一方面被电离生成BCI３＋，对衬底表面进行物理轰击。 另一方面BCI３可与氧化铝反应生成AICI３排出腔室，属于物理化学刻蚀，该刻蚀方法选择比较好，但成本较高，ICP等离子刻蚀原理为刻蚀气体与待刻材料表面活性自由基发生化学反应，属化学刻蚀，但由于铝表面极易被氧化，ICP等离子刻蚀在干法刻蚀铝中极少应用。 湿法刻蚀常用于厚铝刻蚀工艺，在部分高压、大功率器件制备中，常要求铝线能够承受高电压、大电流，３μｍ及以上铝刻蚀常规胶掩膜已无法达到掩蔽目的，纯干法刻蚀不可行，湿法腐蚀铝常利用加热的磷酸、硝酸、醋酸及水的混合溶液。 选择比高，适用于厚铝工艺，但湿法腐蚀工艺侧腐严重，属各项同性刻蚀，对铝边缘损伤较大。 由于铝本身的高反射性和多粒度特性，使得微细线条的刻蚀存在困难，Lift-off剥离工艺据此提出，剥离金属化工艺首先在衬底表面利用光刻胶进行图形化形成模板。 而后以此作掩模进行金属膜层的生长溅射，最后使用有机溶剂去除胶掩膜以及覆盖在其表面的金属膜层，从而获得金属结构的完整图形。 本实验针对热电堆中铝热偶条进行制备研究，线宽低至３μｍ，厚度低至０.４μｍ，湿法腐蚀工艺原理为化学腐蚀液与晶圆表面发生反应，溶液里的反应物利用扩散效应达到被蚀刻薄膜的表面。 横向钻蚀使得腐蚀剖面呈现圆弧型状，属于各项同性刻蚀。 如图１所示，不能满足本实验设计需求，基于此，本实验选择干法刻蚀工艺和剥离工艺进行铝条制备。 　 针对热电堆器件中高长宽比铝热偶条制备这一问题，本文总结分析了常规刻蚀法制备过程中遇到的铝与碱性显影液反应、干法刻蚀选择性较差导致过刻以及刻蚀法本身存在的侧壁形貌较差等问题。 通过优化Lift-off剥离工艺中负胶图形化参数，制备出线宽３μｍ，厚度０.４μｍ，线宽误差在０.２～０.４μｍ之间的高长宽比铝热偶条。 最终实现了热电堆探测器的器件制备，通过共聚焦显微镜、台阶仪以及半导体分析仪测试表明，整个器件形貌及电学性能良好，而且避免了常规干法刻蚀中出现的问题。