用于无人驾驶决策模拟训练的光学下转换芯片及制备方法与流程

技术特征：

1.用于无人驾驶决策模拟训练的光学下转换芯片，其特征在于：由硅衬底和辐射层组成；在硅衬底上开设两种凹槽：隔离缝隙凹槽和控制散热凹槽；辐射层由聚酰亚胺层、金属层和吸收层构成，辐射层的图案为周期性重复阵列；辐射层与硅衬底之间形成控制散热凹槽；单个辐射单元的图案由边框、连接腿和设计区域组成，相邻的辐射单元间通过隔离缝隙凹槽被隔离。

2.如权利要求1所述的用于无人驾驶决策模拟训练的光学下转换芯片，其特征在于：所述硅衬底为直径大于3寸，厚度大于300μm的硅片；所述硅衬底为辐射层提供良好的导热功能，同时增加芯片整体的机械稳定性和热稳定性；所述隔离缝隙凹槽宽度不少于1μm，深度不少于2μm；所述隔离缝隙凹槽能够实现辐射单元间的传热隔离，从而大幅降低阵列单元间的热串扰。

3.如权利要求1所述的用于无人驾驶决策模拟训练的光学下转换芯片，其特征在于：所述控制散热凹槽，是对辐射单元覆盖下的硅衬底进行开槽，所述控制散热凹槽与外部的隔离缝隙凹槽之间有一定间距，间距形成的硅墙即为辐射层主要的散热通道；控制散热凹槽的面积越大，硅墙与辐射层的接触面积就会变小，辐射层的散热速度就会变慢，因此通过控制散热凹槽的面积能够实现对辐射层的散热速度的调节；同时硅墙还能够撑起整个辐射单元保持悬空状态不下坠，硅墙的宽度和高度也能够控制辐射层的散热速度；控制散热凹槽的面积由硅墙决定，确保硅墙的高度不小于2μm，宽度不小于1μm，即硅墙以内的区域就是控制散热凹槽的面积，辐射单元除了硅墙支撑接触的部分其余区域皆为悬空非接触状态。

4.如权利要求1所述的用于无人驾驶决策模拟训练的光学下转换芯片，其特征在于：所述辐射层：辐射层由聚酰亚胺层、金属层和吸收层构成，其中聚酰亚胺层的厚度低于500nm，聚酰亚胺层吸收可见光能量时就会升温，同时向外辐射红外光；吸收层的作用在于提高可见光的吸收率，同时提高辐射层整体的发射率，保证可见光能量进行有效的吸收和转换；金属层作为聚酰亚胺层和吸收层之间的桥梁，可以增加两个层之间的粘附性。

5.制备如权利要求1至4任意一项所述的用于无人驾驶决策模拟训练的光学下转换芯片的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、在硅衬底上依次制备聚酰亚胺薄膜层和金属层，然后使用紫外曝光、显影工艺在金属层上制作出光刻胶掩膜层；接着依次去除未被光刻胶层覆盖的金属层和聚酰亚胺薄膜层；

步骤二、然后刻蚀硅衬底使之成为中空结构；使用感应耦合等离子体刻蚀工艺，刻蚀气体氧气 三氟甲烷或氧气 六氟化硫，其中：氧气流量5～50sccm，三氟甲烷流量5～50sccm，六氟化硫流量5～60sccm，基底真空低于5×10^-4pa，rf功率10～400w，气压2～20pa，刻蚀时间3～60min；以上刻蚀气体的选择可以实现硅的各向同性刻蚀，即在刻蚀过程中气体会沿着光刻胶掩膜层的空隙向硅的四周进行钻蚀，当隔离缝隙凹槽和控制散热凹槽都刻蚀成功时，辐射层可以依靠硅墙支撑悬空在控制散热凹槽之上；

步骤三、最后去除光刻胶，在金属层上制备吸收层，完成制作工艺。

6.制备如权利要求1至4任意一项所述的用于无人驾驶决策模拟训练的光学下转换芯片的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、在硅衬底上依次制备聚酰亚胺薄膜层、金属层和吸收层，然后使用紫外曝光、显影工艺在吸收层上制作出光刻胶掩膜层；接着依次去除未被光刻胶层覆盖的吸收层、金属层和聚酰亚胺薄膜层；

步骤二、然后刻蚀硅衬底使之成为中空结构；使用感应耦合等离子体刻蚀工艺，刻蚀气体氧气 三氟甲烷或氧气 六氟化硫，其中：氧气流量5～50sccm，三氟甲烷流量5～50sccm，六氟化硫流量5～60sccm，基底真空低于5×10^-4pa，rf功率10～400w，气压2～20pa，刻蚀时间3～60min；以上刻蚀气体的选择可以实现硅的各向同性刻蚀，即在刻蚀过程中气体会沿着光刻胶掩膜层的空隙向硅的四周进行钻蚀，当隔离缝隙凹槽和控制散热凹槽都刻蚀成功时，辐射层可以依靠硅墙支撑悬空在控制散热凹槽之上；

步骤三、最后去除光刻胶，完成制作工艺。

7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于：所述金属层包括铝、铬、钨金属层，是使用磁控溅射或电子束蒸发工艺，靶材纯度大于99％，基底真空低于8×10^-4pa，制备厚度低于300nm。

8.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于：所述光刻胶掩膜层的图案由周期性阵列单元组成，横向阵列个数可达2000个以上，纵向阵列个数可达2000个以上，基本单元间具有一定的隔离缝隙，由此可以实现阵列单元间的传热隔离，从而大幅降低阵列单元间的串扰；单个基本单元由边框、连接腿和设计区域组成；其中，设计区域为可见光吸收与红外辐射的主要部分，可根据需要设计成各种不同的形状；连接腿可根据需要设计成双腿结构、四腿结构等不同形状；边框为与硅墙相连接的区域，需要考虑硅墙宽度及两个凹槽的刻蚀宽度去设计。

9.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于：所述去除未被光刻胶层覆盖的金属层的方法：使用湿法刻蚀或干法刻蚀工艺，刻蚀至未被光刻胶覆盖的区域刚好完全露出聚酰亚胺薄膜层；所述去除未被光刻胶层覆盖的聚酰亚胺层的方法：使用干法刻蚀工艺，刻蚀至未被光刻胶覆盖的区域刚好完全露出硅层。

10.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于：所述吸收层包括金属黑、碳黑或碳纳米管材料，制备厚度小于3μm。

技术总结
本发明涉及一种用于无人驾驶决策模拟训练的光学下转换芯片及制备方法，属于无人驾驶技术领域和红外场景投影技术领域。本发明提出的光学下转换芯片可以实现较大的阵列规模(2000×2000以上)，因此红外图像的分辨率会得到较大的提升；使用了硅片作为芯片的基底，可以克服转换薄膜机械性能较差的缺点，同时提升了芯片的图像刷新频率；通过在基底上制作出隔离缝隙实现阵列单元间的传热隔离，从而大幅降低阵列单元间的串扰；通过在辐射层下制作出凹槽可以有效地控制散热速度；该制作流程仅需一块用于光刻的掩膜版，无需多次光刻和套刻，工艺简单。

技术研发人员：张金英;李德芳;李卓;王欣;杨苏辉;郝燕
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2020.07.14
技术公布日：2020.10.16