红外热探测器和红外探测焦平面阵列制造技术

本发明专利技术提供了一种红外热探测器和红外探测焦平面阵列。红外热探测器包括红外吸收器、荧光感温膜和光电收集器。红外吸收器用于吸收红外线；荧光感温膜与红外吸收器连接，用于激发出荧光信号，所述荧光信号的强度随所述红外吸收器的吸收的热量强弱变化；光电收集器与荧光感温膜连接，用于收集荧光感温膜发出的荧光信号并形成电信号。本发明专利技术提供的热红外探测器和红外探测焦平面阵列可以实现选择性单一或多波段红外波长吸收。利用荧光感温膜发出的荧光光强与热量的相关性读出红外线数据，突破了相关技术中非接触式红外热探测产品对红外波段收集的限制，并且对昂贵材料进行了替代，降低了成本。同时，采用光学读出方式可以很好地避免环境电磁噪声的影响，实现高灵敏度测量。实现高灵敏度测量。实现高灵敏度测量。

【技术实现步骤摘要】
红外热探测器和红外探测焦平面阵列


[0001]本专利技术涉及红外探测领域，尤其涉及一种红外热探测器和红外探测焦平面阵列。

技术介绍

[0002]红外热探测器是利用物体发出的红外辐射测量物体温度的一种仪器。非接触式红外热探测器与接触式测温方法相比，具有响应时间快、非接触、使用安全、使用寿命长等优点。随着时代的发展与科技的进步，非接触式红外热探测器功能不断增强，应用范围不断扩大。目前商业化的非接触式红外热探测器依赖于材料的吸收特性，材料成本高昂，并且对红外宽波段吸收具有局限性，单波段吸收得到的物体红外辐射特性的信息很少，已不能满足复杂应用场景的需要。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种红外热探测器和红外探测焦平面阵列。
[0004]本专利技术实施方式的红外热探测器包括：红外吸收器，用于吸收红外线；荧光感温膜，与红外吸收器连接，用于激发出荧光信号，荧光信号的强度随红外吸收器的吸收的热量强弱变化；光电收集器，与荧光感温膜连接，用于收集荧光感温膜发出的荧光信号并形成电信号。
[0005]本专利技术提供的热红外探测器可以实现红外波长吸收，并利用荧光感温膜发出的荧光光强与热量的相关性读取红外线数据，突破了相关技术中非接触式红外热探测产品对红外波段收集的限制，同时，采用光学读出方式可以很好地避免环境电磁噪声的影响，进而实现高灵敏度探测。
[0006]在某些实施方式中，荧光感温膜设置在红外吸收器和光电收集器之间。
[0007]在某些实施方式中，红外吸收器包括表面层、介质层和衬底，介质层连接衬底和荧光感温膜，表面层、介质层和衬底共同形成吸收红外线的谐振腔。
[0008]在某些实施方式中，表面层具有周期性排布的图案化微结构，图案化微结构用于吸收一种波段的红外线。
[0009]在某些实施方式中，表面层的材料为金、银、铝、铬、碲、锑、锗、镍铬合金、锗锑碲相变合金、钛、石墨烯中的至少一种。
[0010]在某些实施方式中，介质层材料为二氧化硅、碳化硅、氧化锌、氧化铝、砷化镓、锗中的至少一种。
[0011]在某些实施方式中，衬底的材料为钛、镍、铝、金、镍铬合金、锗锑碲相变合金中的至少一种。
[0012]在某些实施方式中，红外吸收器的厚度为170nm～1μm。
[0013]一种红外探测焦平面阵列，包括以上任一实施方式的红外热探测器，红外热探测器的数量为多个，多个红外热探测器阵列排布。
[0014]在某些实施方式中，多个红外热探测器能够探测多种波段的红外线。
可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0033]下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本专利技术的不同结构。为了简化本专利技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本专利技术。此外，本专利技术可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本专利技术提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
[0034]请参阅图1
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3，本专利技术提供了一种新型的红外热探测器100和多波段的红外探测焦平面阵列1000。红外热探测器100可以吸收物体发出的红外线，并随吸收红外线的不同而发出不同强度的荧光信号的特性，将荧光信号转换为电信号，读取物体的温度信息。红外探测焦平面阵列1000具有排列成阵列的多个相元，每个相元可以包括一个红外热探测器100。
[0035]红外热探测器100和红外探测焦平面阵列1000可以实现非接触的温度检测，从而可以广泛应用于电力设备检修、医疗功能影像、安防监控、辅助驾驶、智慧消防、户外运动等领域。
[0036]请参阅图1，本专利技术实施方式的红外热探测器100包括红外吸收器10、荧光感温膜20和光电收集器30。红外吸收器10用于吸收红外线；荧光感温膜20与红外吸收器10连接，用于随红外吸收器10不同的热量发出不同强度的荧光信号；光电收集器30设置在荧光感温膜20下方，用于收集荧光感温膜20发出的荧光信号并形成电信号。
[0037]本专利技术提供的热红外探测器可以实现红外波长吸收，并利用荧光感温膜20发出的荧光光强与热量的相关性读出红外线数据，突破了相关技术中非接触式红外热探测产品对红外波段收集的限制，同时，采用光学读出方式可以很好地避免环境电磁噪声的影响，进而实现高灵敏度测量。另外，荧光感温膜20可以对昂贵材料进行了替代，降低了成本。
[0038]可以理解，红外线的本质是一种电磁波，一切高于绝对零度的物体都在向外散发红外电磁波。红外线的波段介于可见光和微波之间，波长范围在0.75μm至1000μm。
[0039]红外吸收器10可以是铺设并附着在荧光感温膜20上的镀膜，在平面方向延展，厚度可以在170nm～1000nm。红外吸收器10可以基于超表面对特定波段的红外线进行选择性吸收。超表面是一种超薄二维阵列平面，由特定几何形状的亚波长基本单元周期性或非周期性排列组成。红外吸收器10吸收特定波段的红外线，并将红外线转换成热量，并通过与荧光感温膜20的连接将热量传递给荧光感温膜20。
[0040]荧光感温膜20可以是采用荧光热敏材料制成的薄膜，设置在红外吸收器10的下方。荧光热敏材料可以是混合荧光物质的PVA、PVP、PVDF、PI、SU
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8、PVC等透光有机材料，这类材料可以在激发光作用下发出荧光信号，并且荧光信号的强度随热量的强弱变化。荧光感温膜20一般是方形，通过CMOS工艺制成(Complementary MOS工艺，MOS是Metal
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Oxide
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Semiconductor，一种晶体管)。例如采用紫外光刻、湿法/干法刻蚀、物理气相沉积或化学气相沉积等工艺制成荧光感温膜20。红外吸收器10吸收红外线后，荧光感温膜20吸收红外吸
收器10所传递的热量，改变荧光信号的强度。请参阅图9，图9所示为一个实施例中，荧光感温膜20的发光强度与温度的关系曲线。在该实施例中，荧光信号强度与温度值呈负相关，红外吸收器10吸收红外线，荧光感温膜20受热，发出的光变暗。
[0041]光电收集器30可以用能够检测灰度信号的成像元件31组成。例如，选用CCD(Charge
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coupled Device，电荷耦合器件)相机、CMOS(Compementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)芯片、CIS(Contact Image Sens本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种红外热探测器，其特征在于，包括：红外吸收器，所述红外吸收器用于吸收红外线；荧光感温膜，所述荧光感温膜与所述红外吸收器连接，所述荧光感温膜用于激发出荧光信号，所述荧光信号的强度随所述红外吸收器的热量强弱变化；光电收集器，所述光电收集器与所述荧光感温膜连接，并用于收集所述荧光感温膜发出的荧光信号并形成电信号。2.根据权利要求1所述的红外热探测器，其特征在于，所述荧光感温膜设置在所述红外吸收器和所述光电收集之间。3.根据权利要求1所述的红外热探测器，其特征在于，所述红外吸收器包括表面层、介质层和衬底，所述介质层连接所述衬底和所述荧光感温膜，所述表面层、所述介质层和所述衬底共同形成吸收红外线的谐振腔。4.根据权利要求3所述的红外热探测器，其特征在于，所述表面层具有周期性排布的图案化微结构，所述图案化微结构用于吸收一种波段的红外线。5.根据权利要求3所述的红外热探测器...

【专利技术属性】
技术研发人员：王敏，徐少林，黄凌羽，金瑛，翟羽飞，徐康，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：