一种非制冷红外成像焦平面阵列探测器制造技术

本发明专利技术实施例提供了一种非制冷红外焦平面阵列探测器，包括：透明衬底、具有高热导系数的衬底传热结构和微悬臂梁单元，其中，所述微悬臂梁单元以非嵌套的方式通过所述衬底传热结构平铺于所述透明衬底上；所述微悬臂梁单元包括热形变结构、反光板复合结构和支撑结构；所述反光板复合结构采用双材料结构，其中，朝向所述透明衬底的一侧由金属材料制作，而朝向目标物体的一层由具有高红外吸收系数的材料制作。通过该检测器对目标物体进行检测时，来自目标物体的红外光直接照射在探测器的红外吸收层上，提高了测量的灵敏度。另外，由于该探测器所采用的透明衬底，无需将微悬臂梁单元下方的衬底掏空，降低了工艺复杂度。

【技术实现步骤摘要】
一种非制冷红外成像焦平面阵列探测器
本专利技术涉及红外成像探测器
，尤其涉及一种非制冷红外成像焦平面阵列探测器。
技术介绍
一切温度高于绝对零度的物体均可产生红外辐射，且该辐射的强度及能量分布与物体温度有关，载有物体的特征信息。通过检测物体的红外辐射，可将人类不可见的红外图景转化为可见的图像。常见的红外探测装置一般可分为量子型红外辐射探测器和热型红外辐射探测器两种。其中量子型红外探测器将红外辐射的光子能量直接转化为电子能量，而热型红外探测器则是通过检测目标物体的红外辐射引起的探测器温度变化来捕捉红外信息。由于红外光光子的受激电子能量与室温下的电子热运动能量相当，因此量子型的红外探测器需要用液氮(77K)制冷以抑制电子热运动，这导致量子型红外探测器价格昂贵。热型红外探测器无需液氮制冷，大大减少了制作成本，使红外技术大面积应用成为可能。常见的基于热电效应工作的探测器，由于输入电流会在探测器单元上产生附加热量，所以这种探测器很难准确检测到入射的红外辐射，同时金属导线的存在使单元间热隔离困难，限制了温升性能，且热电效应都很微弱，这就需要与之配合的读出电路具有极高的信噪比和增益，这不仅增加了设计困难，而且提高了器件成本。应用光-机械原理的光读出非制冷红外焦平面阵列，大多采用双材料悬臂梁阵列结构，检测单元吸收入射红外光后温度升高，并发生热致形变，再由光学读出系统非接触检测形变，便得到了目标的红外信息。光读出的探测器无需互联导线，单元间热隔离更加容易，也省去了读出电路的设计和制作，大大降低了开发成本。目前采用的光读出非制冷焦平面阵列通常在硅衬底上制作，包括带有牺牲层的多层双材料悬臂梁热隔离结构和镂空单层双材料悬臂梁热隔离结构。前者需要保留硅衬底，于是当红外线经过硅衬底时，会因反射现象损失40%的红外光，这将降低探测器的灵敏度；后者虽无硅衬底反射，红外辐射的利用率很高，然而这种结构需要长时间背腔腐蚀工艺和可靠地应力控制技术来制作凭证薄膜上全镂空结构阵列，对制作工艺有很高的要求，同时这种的图形利用率低，难以进一步降低像素面积并提高分辨率。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供一种非制冷红外成像焦平面阵列探测器，该探测器包括:透明衬底、具有高热导系数的衬底传热结构和微悬臂梁单元，其中，所述微悬臂梁单元以非嵌套方式通过所述衬底传热结构平铺于所述透明衬底上；所述微悬臂梁单元包括热形变结构、反光板复合结构和支撑结构；所述支撑结构与所述热形变结构各有两组，分别位于所述反光板复合结构的两侦牝每组热形变结构一端与所述支撑结构相连接，一端与所述反光板复合结构相连接；所述反光板复合结构采用双材料结构，其中，朝向所述透明衬底的一侧由金属材料制作，而朝向目标物体的一层由具有高红外吸收系数的材料制作。通过本专利技术实施例所提供的非制冷红外成像焦平面阵列探测器对目标物体进行检测时，来自目标物体的红外光直接照射在探测器的红外吸收层上，避免了硅衬底对于来自目标物体的红外辐射的反射所造成的能量的损失，从而提高了测量的灵敏度。第二，由于该探测器所采用的透明衬底，目标物体可置于探测器所在平面非衬底所在一侧，因而无需将微悬臂梁单元下方的衬底掏空，降低了工艺复杂度，并提高了产品的成品率。第三，由于该探测器具有衬底传热结构，减低了微悬臂梁单元之间的热串扰，从而降低了探测器工作环境温度改变对于测量结果的影响，有利于提高成像质量。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例所提供的一种非制冷红外成像焦平面阵列探测器结构示意图；图2为本专利技术实施例所提供的非制冷红外成像焦平面阵列探测器中由多个微悬臂梁单元及多个衬底传热结构所组成的阵列结构示意图；图3为本专利技术实施例所提供的非制冷红外成像焦平面阵列探测器中微悬臂梁单元的结构示意图；图4为本专利技术实施例所提供的非制冷红外成像焦平面阵列探测器中热形变结构的结构示意图。【具体实施方式】为了使本
的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本公开保护的范围。如图1所示，图1为本专利技术实施例所提供的非制冷红外成像焦平面阵列探测器的结构示意图。该探测器包括透明衬底11，衬底热传结构12以及微悬臂梁单元13。其中，多个微悬臂梁单元13以非嵌套的方式通过衬底传热结构12平铺于透明衬底11上，且衬底传热结构12分别与透明衬底11、微悬臂梁单元13直接接触。另外，在本专利技术实施例所提供的技术方案中，该探测器中的透明衬底11对可见光透明，尤其是对红外成像系统中读出光路的光线透明；为减少相邻微悬臂梁单元13之间的热串扰，制作衬底传热结构12的材料需要具有较高的热导系数。由图1还可看出，该微悬臂梁单元13包括支撑结构131，热形变结构132和反光板复合结构133。如图2所示，图2为本专利技术实施例所提供的探测器中由多个微悬臂梁单元13及衬底传热结构12所组成的阵列结构示意图。其中，支撑结构131构成微悬臂梁单元13与衬底传热结构12之间的锚点，且制作该结构的材料具有较低的热导系数，以利于微悬臂梁单元13之间的热隔离。如图3所示，图3为本专利技术实施例所提供的非制冷红外成像焦平面阵列探测器中微悬臂梁单元13结构示意图。在微悬臂梁单元13中，支撑结构131与热形变结构132各有一对，位于反光板复合结构133的两侧；且反光板复合结构133与热形变结构132形成悬臂梁，并通过支撑结构131锚点连接于衬底传热结构12 ；热形变结构132 —端与处于同一平面的反光板复合结构133相连接，另一端与支撑结构131相连接。本专利技术实施例中所涉及的反光板复合结构133为由两种材料所制作而成的矩形板状结构，其中，朝向透明衬底11 一侧的由金属材料制作而成，并用于反射来自读出光路的可见光；而朝向目标物体一侧的则由具有高红外吸收系数的材料制作而成，并用于吸收来自目标物体的红外辐射，是该探测器的红外吸收层。如图4所示，图4为本专利技术实施例所提供的非制冷红外成像焦平面阵列探测器中热形变结构132结构示意图。其中，该热形变结构132包括热隔离梁1321和热形变梁1322，且该热隔离梁1321和热形变梁1322在同一平面内间隔回折连接。热隔离梁1321采用热导系数较低的材料制作而成，用于增大微悬臂梁单元13之间的热隔离。而热形变梁1322为双材料复合梁，两种材料热膨胀系数差异较大而杨氏模量相差尽可能小，且该两种材料的厚度比的选择依据为当温度变化值一定时，该热形变梁1322的形变量最大。例如在制作热形变梁1322时，可将金属附着到非金属薄膜上，而在对热形变梁1322的两种材料厚度进行选择时，为了使热形变梁1322达到最大变形从而得到最高的灵敏度，两种材料厚度的比值可以接近两种材料杨氏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非制冷红外成像焦平面阵列探测器，其特征在于，包括：透明衬底、具有高热导系数的衬底传热结构和微悬臂梁单元，其中，所述微悬臂梁单元以非嵌套的方式通过所述衬底传热结构平铺于所述透明衬底上；所述微悬臂梁单元包括热形变结构、反光板复合结构和支撑结构；所述支撑结构与所述热形变结构各有两组，分别位于所述反光板复合结构的两侧，每组热形变结构一端与所述支撑结构相连接，一端与所述反光板复合结构相连接；所述反光板复合结构采用双材料结构，其中，朝向所述透明衬底的一侧由金属材料制作，而朝向目标物体的一层由具有高红外吸收系数的材料制作。

【技术特征摘要】
1.一种非制冷红外成像焦平面阵列探测器，其特征在于，包括:透明衬底、具有高热导系数的衬底传热结构和微悬臂梁单元，其中，所述微悬臂梁单元以非嵌套的方式通过所述衬底传热结构平铺于所述透明衬底上； 所述微悬臂梁单元包括热形变结构、反光板复合结构和支撑结构； 所述支撑结构与所述热形变结构各有两组，分别位于所述反光板复合结构的两侧，每组热形变结构一端与所述支撑结构相连接，一端与所述反光板复合结构相连接； 所述反光板复合结构采用双材料结构，其中，朝向所述透明衬底的一侧由金属材料制作，而朝向目标物体的一层由具有高红外吸收系数的材料制作。2.根据权利要求1所述的非制冷红外成像焦平面阵列探测器，其特征在于，所述透明衬底为玻璃衬底或蓝宝石衬底。3.根据权利要求1所述的非制冷红外成像焦平面阵列探测器，其特征在于，所述衬底传热结构由铬、铝或金制作而成。4.根据权利要求1所述的非制冷红...

【专利技术属性】
技术研发人员：高超群，焦斌斌，刘瑞文，尚海平，陈大鹏，叶甜春，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：