专利名称：基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列及其制作方法
技术领域：
本发明涉及红外成像聚能领域，特别是涉及基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列及其制作方法。
背景技术：
红外成像技术在民用和军用领域都有非常广泛的应用，一直是军事领域不可替代的实用技术之一，如用于远距离警戒系统以及武器瞄准系统、单兵便携式夜视仪、头盔夜视仪以及红外搜索与跟踪系统等，而IRFPA(infrared focal plane array,红外焦平面阵列)的设计又是红外成像系统中的最为核心的一项技术。IRFPA的焦平面上排列着感光元件阵列，从无限远处发射的红外线经过光学系统成像在红外焦平面的这些感光元件上，包括IRFPA的探测器将接受到的光信号转换为电信号并进行积分放大、采样保持，通过输出缓冲和多路传输系统，最终送达监视系统形成图像。 目前已经研制出来的IRFPA的感光元件的光敏吸收区范围比较小，见图1，图中是IRFPA的一个感光元件示意图，感光元件101的光敏吸收区102只占感光元件面积的40%左右，入射光103的40%左右被感光元件吸收利用，另外60%左右的入射光不能被感光元件利用，这部分被浪费的光线称为“死光”。红外焦平面阵列的填充因子是被红外焦平面阵列有效利用的光线占入射光的比例，现有红外焦平面阵列的填充因子约为40%。随着红外焦平面阵列的进一步研究，光敏吸收区在焦平面中的面积比例会越来越小，所以如何收集那些不能被利用的“死光”，提高IRFPA的填充因子是一个急需解决的问题。微透镜阵列与IRFPA的单片集成，正是解决这一问题的最佳办法。在红外探测器及红外焦平面阵列上单片正向集成聚能微透镜，是红外探测器和红外焦平面阵列器件微型化的发展趋势。图2是在感光元件正向集成聚能微透镜的原理示意图，入射光103照射到感光元件101前先被在感光元件上方集成的聚能微透镜104折射，使入射光聚集到感光元件的光敏吸收区102上。聚能微透镜的集成使不能被利用的“死光”聚集到光敏吸收区，理论上可以使感光元件的填充因子达到100%。在目前的聚能微透镜阵列的研制中采用“光刻胶热熔融——刻蚀转移”法制作聚能微透镜阵列，其制作过程是先熔融光刻胶，形成以光刻胶为材料的阵列，然后再用氩离子等刻蚀转移光刻胶图形到硅衬底上，最终得到以硅为材料的微透镜阵列，如图3所示，聚能微透镜阵列中包括多个微透镜单元201 (虚线框中所示)，这样的聚能微镜单元中的透镜包括中部可以汇聚光线的凸透镜202和边缘不能汇聚入射光线的平面形透镜203。现有技术存在的问题是，采用该方法制作的微透镜单元中存在边缘不能聚集入射光的平面透镜，入射到微透镜单元的平面透镜处的光线不能被折射到光敏元件的光敏吸收区而被浪费，这种方法获得的微透镜阵列与其他器件如CCD(Charge-coupled Device,电荷稱合元件)、FPA (focal plane array,焦平面阵列)等探测器集成时,不能充分聚集入射光能到器件的光敏吸收区，填充因子最大为78. 5%，与理论填充因子最大为100%相差较远。
发明内容
本发明提供一种基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列，能够提高正向集成有微透镜阵列的红外焦平面阵列的填充因子。为解决上述问题，本发明提供一种基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列，包括位于基底的多个聚能微镜单元，所述的聚能微镜单元包括通孔和微透镜，其中，所述通孔的上端口不小于下端口，上端口与下端口之间为通孔的侧壁；所述微透镜覆盖在所述通孔的上端口 ；其中，至少一个聚能微镜单元中包括微反射镜， 微反射镜覆盖在所述通孔的侧壁，所述微反射镜将通过微透镜入射在微反射镜上的光线反射到通孔的下端口；所述包括微反射镜的聚能微镜单元的通孔上端口大于下端口 ；所述聚能微镜单元中通孔下端口与红外焦平面阵列的光敏吸收区对应。优选地，多个所述聚能微镜单元中通孔的上端口紧密排列组成无空隙的平面。优选地，所述聚能微镜单元中通孔的上端口为平行四边形、正方形或正六边形。优选地，所述的聚能微镜单元中都包括微反射镜。其中，所述聚能微镜单元中通孔的下端口与上端口形状相同，通孔的侧壁包括多个平面。其中，所述聚能微镜单元中通孔的下端口为圆形，通孔的内侧壁为曲面。其中，所述的聚能微镜单元中的微透镜包括中部能够汇聚入射光的微透镜和边缘不能汇聚入射光的微透镜。其中，所述的聚能微镜单元除第一通孔和第一微透镜外还包括位于基底中的第二通孔和第二微透镜，其中，所述第二通孔的上端口与第一通孔的上端口共有一条边；所述第二微透镜覆盖在所述第二通孔的上端口，将入射到第二微透镜上的光线全部折射到第二通孔的下端口；所述第二通孔的下端口与红外焦平面阵列的光敏吸收区对应。其中，所述的聚能微镜单元中除覆盖在通孔内侧壁的第一微反射镜外，通孔上端口和微透镜之间还包括表面为反射面的第二微反射镜，该第二微反射镜垂直于基底，上端口与下端口形状相同，下端口与通孔的上端口重合。优选地，所述的聚能微镜单元中的微反射镜材料是铝、铜、铁或镍合金。优选地，所述的聚能微镜单元中的微透镜为折射型透镜或衍射型透镜。优选地，所述的聚能微镜单元中的微透镜为凸透镜。优选地，所述的聚能微镜单元中的凸透镜材料为硅。优选地，所述的聚能微镜单元中的微透镜为壳状球面状透镜或壳状平面状透镜。优选地，所述的聚能微镜单元中的微透镜材料是聚碳酸酯PC或聚苯乙烯PS。相应的，还提供一种基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列的制作方法，包括在基底上刻蚀出多个上端口不小于下端口的通孔，通孔的下端口与IRFPA的光敏吸收区对应；
在上端口大于下端口的通孔侧壁制作微反射镜和微反射镜保护层；在基底的通孔内填充微透镜牺牲材料；在填充有微透镜牺牲材料的通孔上端口制作微透镜；释放通孔内的微透镜牺牲材料和微反射镜保护层。其中，所述的基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列的制作方法，还包括采用光学胶将制作有微反射镜和微透镜的基底与红外焦平面阵列粘贴，使通孔的下端口与红外焦平面的光敏吸收区对应。其中，所述的基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列的制作方法，包括基底制作步骤
以未刻蚀去除光敏吸收区牺牲层的红外焦平面阵列为衬底；在上述衬底上沉积多晶硅层。其中，所述的基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列的制作方法，在所述多晶硅层中刻蚀出多个上端口不小于下端口的通孔，所述通孔的下端口露出红外焦平面阵列的光敏吸收区；其中，所述的基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列的制作方法，还包括释放红外焦平面阵列的光敏吸收区的牺牲层。与现有技术相比，本发明具有下列优点本发明的基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列包括位于基底的多个聚能微镜单元，所述聚能微镜单元中包括上端口不小于下端口的通孔和微透镜，微透镜覆盖在所述通孔的上端口 ；其中至少一个聚能微镜单元中包括微反射镜，包括微反射镜的聚能微镜单元的通孔上端口大于下端口，所述微反射镜覆盖在通孔上端口与下端口之间的侧壁上，微反射镜将通过微透镜入射在微反射镜上的光线反射到通孔的下端口 ；所述聚能微镜单元中通孔下端口与红外焦平面阵列的光敏吸收区对应。这样排列在通孔上端口的微透镜使入射光能被微透镜折射到其下方，入射光线经过微透镜折射后照射在通孔的下端口或者微反射镜上，微反射镜将照射到其上的光线反射到通孔的下端口，聚能微镜阵列与红外焦平面阵列集成后，通过基底中通孔下端口的光线被红外焦平面阵列的光敏吸收区吸收。这样使入射光通过聚能微镜阵列的作用后汇聚在红外焦平面阵列的光敏吸收区，使入射光中被浪费的“死光”减少，可以提高红外焦平面阵列的填充因子。另外，本发明的聚能微镜阵列可以采用光学胶与红外焦平面阵列粘贴在一起，或者可以在红外焦平面上直接制作聚能微镜阵列，方便实现聚能微镜阵列与红外焦平面的集成。
通过附图所示，本发明的上述及其他目的更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按照实际大小等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。图I为红外焦平面阵列中光敏吸收区在光敏元件中的位置示意图；图2为在红外焦平面阵列的光敏元件上方增加聚能透镜的聚能示意图；图3为现有聚能微镜阵列的俯视图4至图10为本发明第一实施例的示意图；图11至图12为本发明第二实施例的示意图；图13为本发明的基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列的制作流程图；图14至图20为制作本发明中一个聚能微镜单元的流程示意图；图21为本发明的聚能微镜阵列与红外焦平面粘贴在一起的剖面示意图；图22为本发明第三实施例的示意图；图23为本发明第四实施例的示意图。
具体实施方式
现有的红外焦平面单片集成微透镜阵列技术中，采用“光刻胶热熔融——刻蚀转移”方法制备的聚能微透镜阵列中的微透镜单元存在不能汇聚入射光的平面透镜，只有入射到单元中部能够汇聚入射光的凸透镜的入射光线聚集到红外焦平面的光敏吸收区，照射到平面透镜的入射光线不能被折射到光敏吸收区而被浪费，因此现有的单片正向集成微透镜阵列的红外焦平面阵列的填充因子最大只能达到78.5%。本发明所述的微透镜是指所有能够透过光线的装置，并不是限定在凸透镜和凹透镜。本发明提出了一种基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列，采用微透镜和微反射镜相结合的方法将照射到聚能微镜阵列的入射光汇聚到红外焦平面阵列的光敏吸收区，这样可以提高红外焦平面的填充因子。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制造中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。实施例一在本实施例中微透镜采用薄层凸透镜，基底采用体硅，也可以采用其他材料。本发明的基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列的俯视示意图见图4，聚能微镜阵列包括聚能微镜单元300 (虚线框中所示)，聚能微镜单元300中包括制作在体硅内的通孔，通孔的上端口 301尺寸大于下端口 302，在通孔的内侧壁上覆盖有微反射镜303，微透镜覆盖在通孔的上端口，这里的微透镜为薄层凸透镜。本实施例中的通孔上、下端口都为正方形，通孔的内侧面包括4个平面。为了更清楚的显示聚能微镜阵列的结构，图5是图4中沿AB线的剖面图。其中，聚能微镜阵列包括聚能微镜单元300(虚线框中所示)，聚能微镜单元300中包括体硅304、微反射镜303和微透镜306。体硅304包括通孔305，微反射镜303覆盖在通孔的内侧壁上，通孔的上端口大于下端口，微透镜306为薄层凸透镜，该薄层凸透镜的边缘与通孔的上端口重合。本实施例中的薄层凸透镜将平行入射光线折射到通孔的下端口或微反射镜的内侧壁，微反射镜将照射在微反射镜上的光线反射到通孔下端口。本实施例的聚能微镜阵列与红外焦平面阵列正向集成后见图6，聚能微镜单元300的通孔的下端口与红外焦平面阵列的光敏吸收区307集成在一起，通过通孔下端口的光线都能被红外焦平面阵列的光敏吸收区吸收，本发明能够使入射光中被浪费的“死光”减少，提高了红外焦平面阵列的填充因子。本实施例基底中的通孔下端口形状可以与上端口不同，例如可以是圆形，通孔的侧壁为弧形；微反射镜可以部分覆盖通孔的内侧壁，例如只覆盖通孔中靠近上端口的内侧面。根据红外焦平面阵列中光敏吸收区的排列方式，本实施例中薄层凸透镜的底端形状可以为正方形、长方形或平行四边形。在本实施例的聚能微镜阵列中，相邻聚能微镜的通孔上端口连接在一起时可以为紧密排列，也可以按照光敏吸收区的排列方式不是紧密排列。本实施例中的微反射镜的反射面材料为铝、铜或铁等金属，例如抛光铝、毛面铝、 普通铝、抛光铜、青铜、氧化铜、氧化亚铁、氧化铁、抛光铁、镀锌的有光泽铁等。反射面材料也可以为合金材料，例如铜镍合金、铬镍铁合金等。微透镜材料是硅或有机物，有机物例如聚碳酸酯PC、聚苯乙烯PS或光刻胶。本实施例中的微透镜也可以采用其他形状的壳状透镜，图7是采用壳状球面型透镜为微透镜的剖面示意图，壳状椭面型透镜315位于体硅314中通孔的上端口，其边缘与通孔的上端口重合。图8是采用壳状平面型透镜为微透镜的剖面示意图，壳状平面型透镜325位于体硅324的通孔上端口，其边缘与通孔的上端口重合。壳状椭面型透镜和壳状平面型透镜的材料为聚碳酸酯PC或聚苯乙烯PS。图9是采用衍射型微透镜的剖面示意图，衍射型微透镜335位于体硅334中通孔的上端口，其边缘与通孔的上端口重合。衍射型微透镜的材料为聚烯烃或玻璃，其一个表面为平面，另一面刻录了由小到大的同心圆，衍射型微透镜的俯视图见图10。实施例二 在本实施例中采用的微透镜包括中部能够汇聚入射光的微透镜和边缘不能汇聚入射光的微透镜，覆盖有微反射镜的通孔制作在体硅内，也可以制作在其他材料内。本实施例的基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列的剖面图见图11，聚能微镜阵列包括聚能微镜单元400 (虚线框中所示)，聚能微镜单元400中包括体硅401中的通孔、微反射镜402和微透镜403。其中，微透镜403的下表面为平面；上表面的边缘为平面，中部向上凸起。微透镜403的中部为能够汇聚入射光线的凸透镜，边缘为不能汇聚光线的平面透镜。微反射镜402覆盖在上端口大于下端口的通孔内侧面，微透镜403的外边缘与通孔的上端口重合。本实施例中的微透镜403将平行入射光线折射到通孔的下端口或微反射镜上，微反射镜将照射在其上的光线反射到通孔的下端口。本实施例的聚能微镜阵列与红外焦平面阵列集成后，通过微反射镜下端口的光线都能被红外焦平面阵列的光敏吸收区吸收，本发明能够使入射光中被浪费的“死光”减少，提高了红外焦平面阵列的填充因子。微透镜中部的凸透镜底端形状可以是圆形、正六边形、正方形等。本实施例的微透镜也可以采用有机物薄壳状透镜，图12是采用有机物薄壳状透镜为微透镜的剖面示意图。有机物薄壳状透镜413的中部为能够汇聚入射光线的薄壳状凸透镜，边缘为不能汇聚光线的平面透镜。该微透镜位于体硅411中的通孔的上端口，其外边缘与通孔的上端口重合。本发明的基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列的制作方法流程见图13，包括
步骤SI，在基底上刻蚀出多个上端口不小于下端口的通孔，通孔的下端口与IRFPA的光敏吸收区对应；步骤S2，在上端口大于下端口的通孔侧壁制作微反射镜和微反射镜保护层；步骤S3，在基底的通孔内填充微透镜牺牲材料；步骤S4，在填充有微透镜牺牲材料的通孔上端口制作微透镜；步骤S5，释放通孔内的微透镜牺牲材料和微反射镜保护层。为了实现本发明的基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列的制作，可以采用2种基底来实现本发明的聚能微镜阵列的制作。一种是以体硅或其他材料为基底，在其上制作本发明的基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列；另一种是在制作完成红外焦平面的光敏吸收区后不释放光敏吸收区的牺牲层，在红外焦平面的光敏吸收区上沉积多晶硅层，以该多层 硅为基底在其上制作聚能微镜阵列。在制作聚能微透镜时，微透镜的制作方法有光刻胶热熔融-刻蚀转移方法和有机物热熔融膨胀方法。下面结合附图以本实施例的一个聚能微镜单元为例具体介绍本发明的制作步骤步骤SI，在基底上刻蚀出多个上端口不小于下端口的通孔，通孔的下端口与IRFPA的光敏吸收区对应。见图14，在双面抛光的体硅500上表面旋涂光刻胶501并光刻成平行四边形或正六边形。采用KOH溶液进行异性刻蚀在体硅内刻蚀出紧密排列的通孔502，包括上端口大于下端口通孔的通孔。这里放大了通孔上端口的边缘厚度，实际中通孔上端口的边缘很小。步骤S2，在上端口大于下端口的通孔侧壁制作微反射镜和微反射镜保护层。见图15，在体硅内的通孔502内溅射金属铝层503，该层金属铝的厚度约200nm。也可以采用铜、铁或镍合金材料作为反射镜材料，反射镜的表面可以是镜面、毛面等。然后在反射镜的表面采用低温沉积方法沉积二氧化硅层504。该层二氧化硅的作用是在后续制作过程中保护金属铝层。接着刻蚀去掉通孔下端口的金属铝和二氧化硅，最后刻蚀去除体娃上表面的光刻胶501。步骤S3，在基底的通孔内填充微透镜牺牲材料；见图16，在沉积有二氧化硅层504的通孔内填充有机玻璃聚合物505作为微透镜牺牲层，去除残留在通孔外的有机玻璃聚合物，并对该有机玻璃聚合物进行曝光处理506。步骤S4，在填充有微透镜牺牲材料的通孔上端口制作微透镜；首先详细描述光刻胶热熔融-刻蚀转移方法制作微透镜。下面将要制作微透镜，本实施例中制作的微透镜中部为能够汇聚入射光线的凸透镜，边缘为不能汇聚入射光线的平面透镜，采用光刻胶热熔融-刻蚀转移方法制作。见图17，在经过曝光处理的有机玻璃聚合物上表面沉积硅衬底507，并刻蚀成设计的形状，硅衬底的高度由设计的微透镜的高度决定。在硅衬底层上旋涂光刻胶508，平坦化光刻胶后刻蚀成微透镜底端形状。还可以在制作完成的微透镜上沉积一层ZnS来增大硅对红外线的透射率。将上述处理好的体硅放入渐变温箱中，温度保持在光刻胶热熔融的温度范围内加热两小时，光刻胶熔融形成光刻胶微透镜，然后采用氩离子等刻蚀转移图形到硅衬底上，形成图18所示的微透镜509，该微透镜的中部为凸透镜，边缘为平面镜。
对于采用热熔融膨胀有机物材料方法制作微透镜，下面详细介绍制作过程。见图19，在经过曝光处理的有机玻璃聚合物505上表面旋涂有机物516，该有机物为聚碳酸酯PC或聚苯乙烯PS，并将上述处理好的体硅放入恒温箱中，温度保持在有机物热熔融的温度范围内加热一段时间，有机物熔融膨胀形成有机物微透镜，见图20。最后释放微透镜下面牺牲材料有机玻璃聚合物形成微透镜下的空腔，并采用CF4(四氟化碳)和CHF3(三氟甲烷)干法刻蚀去除微反射镜的保护层二氧化硅。至此本发明的聚能微镜单元制作完成。采用体硅为基底制作出本发明的聚能微镜阵列后，可以用光学胶将聚能微镜阵列与红外焦平面阵列粘贴在一起，见图21，用光学胶512将聚能微镜阵列513与红外焦平面阵列510粘贴在一起，使聚能微镜单元中通孔514的下端口与红外焦平面阵列的光敏吸收区511对应，将入射光通过微透镜和微反射镜入射到通孔下端口的光线都入射到光敏吸收区，在通过红外焦平面的光敏吸收区下的读出电路和传输电路层513将红外焦平面的探测结果读出。本发明的聚能微镜阵列与红外焦平面的集成使入射光中被浪费的“死光”减少， 有利于提高红外焦平面阵列的填充因子。也可以在制作完成红外焦平面的光敏吸收区后不释放光敏吸收区的牺牲层，在红外焦平面的光敏吸收区上沉积多晶硅层，以该多晶硅为基底在其上制作聚能微镜阵列。在本方法中在多晶硅中刻蚀的通孔下端口需要露出光敏吸收区，制作完成微反射镜和微透镜后，一起释放微透镜下面的牺牲层和光敏吸收区下面的光敏吸收区牺牲层。实施例三本实施例中在聚能微镜单元中包括除第一通孔和第一微透镜外还包括基底中的第二通孔和第二微透镜，所述第二通孔的上端口与第一通孔的上端口共有一条边；所述第二微透镜覆盖在所述第二通孔的上端口，将入射到第二微透镜上的光线全部折射到第二通孔的下端口 ；所述第二通孔的下端口与红外焦平面阵列的光敏吸收区对应。本实施例的基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列的剖面示意图见图21。聚能微镜单元600 (虚线框中所示)包括覆盖在第一通孔侧壁的微反射镜601、覆盖在第一通孔上端口的微透镜602、与第一通孔相邻的第二通孔603和覆盖在第二通孔上端口的第二微透镜604。该实施例中的微透镜为包括中部能够汇聚光线的透镜和边缘不能汇聚光线的透镜，微反射镜601覆盖通孔的上端口与微透镜602周边的不能汇聚光线的透镜边缘重合。当该实施例的聚能微镜阵列与红外焦平面阵列正向集成后，通过微透镜602的光线折射到通孔的下端口或微反射镜601上，微反射镜将照射到其上的光线反射到所覆盖通孔的下端口，微透镜604中部能够汇聚光线的透镜将照射到其上的光线汇聚到其下方的焦平面光敏吸收区。该实施例的聚能微镜阵列能够使入射光中被浪费的“死光”减少，提高了红外焦平面阵列的填充因子。实施例四本实施例中在聚能微镜单元中除覆盖在通孔内侧壁的第一微反射镜外，通孔上端口和微透镜之间还包括表面为反射面的第二微反射镜。本实施例的基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列的剖面图见图23，聚能微镜单元700(虚线框中所示)包括覆盖在通孔内侧壁的第一微反射镜701、微透镜702和第二微反射镜703，该实施例中的微透镜为包括中部能够汇聚光线的透镜和边缘不能汇聚光线的透镜，第二微反射镜703的上端口与微透镜702的边缘重合，第二微反射镜703的下端口与微反射镜701的上端口重合,第二微反射镜703的侧面为反射面。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此， 凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
权利要求
1.一种基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列，其特征在于，包括位于基底的多个聚能微镜单元， 所述的聚能微镜单元包括通孔、微透镜，其中， 所述通孔的上端口不小于下端口，上端口与下端口之间为通孔的侧壁； 所述微透镜覆盖在所述通孔的上端口； 其中，至少一个聚能微镜单元中包括微反射镜， 所述包括微反射镜的聚能微镜单元的通孔上端口大于下端口； 微反射镜覆盖在所述通孔的侧壁，所述微反射镜将通过微透镜入射在微反射镜上的光线反射到通孔的下端口； 所述的聚能微镜单元中通孔下端口与红外焦平面阵列的光敏吸收区对应。
2.根据权利要求I所述的基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列，其特征在于，多个所述聚能微镜单元中通孔的上端口紧密排列组成无空隙的平面。
3.根据权利要求2所述的基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列，其特征在于，所述聚能微镜单元中通孔的上端口为平行四边形、正方形或正六边形。
4.根据权利要求I所述的基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列，其特征在于，所述的聚能微镜单元中都包括微反射镜。
5.根据权利要求2所述的基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列，其特征在于，所述聚能微镜单元中通孔的下端口与上端口形状相同，通孔的侧壁包括多个平面。
6.根据权利要求2所述的基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列，其特征在于，所述聚能微镜单元中通孔的下端口为圆形，通孔的内侧壁为曲面。
7.根据权利要求I至6任一项所述的基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列，其特征在于，所述的聚能微镜单元中的微透镜包括中部能够汇聚入射光的微透镜和边缘不能汇聚入射光的微透镜。
8.根据权利要求7所述的基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列，其特征在于，所述的聚能微镜单元除第一通孔和第一微透镜外还包括位于基底中的第二通孔和第二微透镜，其中， 所述第二通孔的上端口与第一通孔的上端口共有一条边； 所述第二微透镜覆盖在所述第二通孔的上端口，将入射到第二微透镜上的光线全部折射到第二通孔的下端口； 所述第二通孔的下端口与红外焦平面阵列的光敏吸收区对应。
9.根据权利要求I至6任一项所述的基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列，其特征在于，所述的聚能微镜单元中除覆盖在通孔内侧壁的第一微反射镜外，通孔上端口和微透镜之间还包括表面为反射面的第二微反射镜，该第二微反射镜垂直于基底，上端口与下端口形状相同，下端口与通孔的上端口重合。
10.根据权利要求I至6任一项所述的基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列，其特征在于，所述的聚能微镜单元中的微反射镜材料是铝、铜、铁或镍合金。
11.根据权利要求I至6任一项所述的基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列，其特征在于，所述的聚能微镜单元中的微透镜为折射型透镜或衍射型透镜。
12.根据权利要求I至6任一项所述的基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列，其特征在于，所述的聚能微镜单元中的微透镜为凸透镜。
13.根据权利要求11所述的基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列，其特征在于，所述的聚能微镜单元中的凸透镜材料为硅。
14.根据权利要求I至6任一项所述的基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列，其特征在于，所述的聚能微镜单元中的微透镜为壳状球面状透镜或壳状平面状透镜。
15.根据权利要求I至6任一项所述的基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列，其特征在于，所述的聚能微镜单元中的微透镜材料是聚碳酸酯PC或聚苯乙烯PS。
16.一种基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列的制作方法，其特征在于，包括 在基底上刻蚀出多个上端口不小于下端口的通孔，通孔的下端口与IRFPA的光敏吸收区对应； 在上端口大于下端口的通孔侧壁制作微反射镜和微反射镜保护层； 在基底的通孔内填充微透镜牺牲材料； 在填充有微透镜牺牲材料的通孔上端口制作微透镜； 释放通孔内的微透镜牺牲材料和微反射镜保护层。
17.根据权利要求16所述的基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列制作方法，其特征在于，还包括 采用光学胶将制作有微反射镜和微透镜的基底与红外焦平面阵列粘贴，使通孔的下端口与红外焦平面的光敏吸收区对应。
18.根据权利要求16所述的基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列的制作方法，其特征在于，包括基底制作步骤 以未刻蚀去除光敏吸收区牺牲层的红外焦平面阵列为衬底； 在上述衬底上沉积多晶硅层。
19.根据权利要求18所述的基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列的制作方法，其特征在于， 在所述多晶硅层中刻蚀出多个上端口不小于下端口的通孔，所述通孔的下端口露出红外焦平面阵列的光敏吸收区。
20.根据权利要求18或19所述的基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列的制作方法，其特征在于，还包括释放红外焦平面阵列的光敏吸收区的牺牲层。
全文摘要
本发明提供一种基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列，包括位于基底的多个聚能微镜单元，所述的聚能微镜单元包括通孔、微透镜，所述通孔的上端口不小于下端口，上端口与下端口之间为通孔的侧壁；所述微透镜覆盖在所述通孔的上端口；其中至少一个聚能微镜单元中通孔的上端口大于下端口，还包括覆盖在所述通孔的内侧壁的微反射镜，所述微反射镜将通过微透镜入射在微反射镜上的光线反射到通孔的下端口；所述聚能微镜单元中通孔下端口与红外焦平面阵列的光敏吸收区对应。相应地，本发明还提供了一种基于红外焦平面阵列的聚能微镜阵列的制作方法。本发明可以减少入射光的浪费，提高集成有聚能微镜阵列的红外焦平面阵列的填充因子。
文档编号G02B19/00GK102931201SQ20111022986
公开日2013年2月13日 申请日期2011年8月11日 优先权日2011年8月11日
发明者闫建华, 朱慧珑, 欧文 申请人:中国科学院微电子研究所