CN102651298A

CN102651298A - 红外探成像装置及其制备方法

Info

Publication number: CN102651298A
Application number: CN2011100450851A
Authority: CN
Inventors: 董立军
Original assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Current assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2012-08-29

Abstract

本发明公开了一种红外探成像装置及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：a)提供一个荧光屏；b)提供一个硅衬底，其中在硅衬底与荧光屏之间施加有第一固定电压；c)在硅衬底上设置微尖端，用于在第一固定电压产生的电场作用下发射电子对荧光屏进行轰击；以及d)在微尖端上连接有具有不同热膨胀系数的双材料梁，其中双材料梁与硅衬底之间施加有第二固定电压，以在红外辐射导致双材料梁产生弯曲时，施加在微尖端的电场强度随之改变，微尖端场发射的电子数随电场强度的变化发生改变，从而改变荧光屏的亮度来产生图像变化。本发明具有图像处理损耗低、成本低以及便携性好的优点。

Description

红外探成像装置及其制备方法

技术领域

本发明涉及红外成像及遥感技术，尤其涉及一种红外探成像装置及其制备方法。

背景技术

红外成像及遥感技术在军事、医疗、工程上有着广泛的应用，其功能是通过红外焦平面阵列(FPA)将红外辐射转化成其它我们能够识别的电、光等信号，再对光电信号进行处理转化成图像信号。

然而，上述成像系统由于要对FPA的输出信号进行二次处理，处理过程信号的损耗是不可避免的。

此外，上述成像系统无一例外的需要成显示器和显卡等图像处理部件，这样会增加成像系统的成本。并且，上述成像系统由于需要配置图像处理单元，势必影响其便携性能。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决现有技术中的上述问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种能够降低图像处理损耗、成本低且便携性高的红外探成像装置及其制备方法。

根据本发明的一个方面，本发明实施例提出了一种红外探成像装置，所述红外探成像装置包括：荧光屏；硅衬底，所述硅衬底与荧光屏之间施加有第一固定电压；设置在硅衬底上的微尖端，用于在所述第一固定电压产生的电场作用下发射电子对荧光屏进行轰击；具有不同热膨胀系数的双材料梁，所述双材料梁与所述微尖端连接，并且与所述硅衬底之间施加有第二固定电压，以在红外辐射导致所述双材料梁产生弯曲时，施加在微尖端的电场强度随之改变，微尖端场发射电子数随电场强度的变化发生改变，从而改变荧光屏的亮度来产生图像变化。

根据本发明进一步的实施例，所述双材料梁包括红外吸收膜和金属膜，所述红外吸收膜设置在所述微尖端上，所述金属膜与硅衬底之间施加有所述第二固定电压。

根据本发明再一步的实施例，所述红外吸收膜为氮化硅或者氧化硅。

根据本发明再一步的实施例，所述金属膜为铝或金。

根据本发明的另一方面，本发明的实施例提出一种红外探成像装置的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：a)提供一个荧光屏；b)提供一个硅衬底，其中在所述硅衬底与荧光屏之间施加有第一固定电压；c)在硅衬底上设置微尖端，用于在所述第一固定电压产生的电场作用下发射电子对荧光屏进行轰击；以及d)在所述微尖端上连接有具有不同热膨胀系数的双材料梁，其中所述双材料梁与所述硅衬底之间施加有第二固定电压，以在红外辐射导致所述双材料梁产生弯曲时，施加在微尖端的电场强度随之改变，微尖端场发射电子数随电场强度的变化发生改变，从而改变荧光屏的亮度来产生图像变化。

根据本发明再一步的实施例，所述金属膜为铝或金。

本发明利用微尖端在强电场下会发射电子到真空，真空中的电子在电场的加速作用下轰击荧光屏会产生可见光，并通过加入红外敏感的第三极的变化来可以控制微尖端场发射电子的数目，从而改变轰击荧光屏的电子数目，最终改变荧光屏的亮度，从而产生图像。

本发明能够克服现有红外成像装置由于对FPA的信号进行二次处理所带来的损耗问题，克服了现有成像系统需要独立的图像处理单元所带来的成本高和不便携的问题。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的红外探成像装置的制备方法流程图；

图2为本发明实施例的红外探成像装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明通常涉及一种红外探成像装置及其制备方法。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，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发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。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例和/或设置之间的关系。此外，本发明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可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”及/或“上方”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

参考图1和图2，图1示出了根据本发明的实施例的红外探成像装置的制备方法流程图，图2给出了本发明实施例的制备方法获得的红外探成像装置的结构。

在步骤101中，首先提供一个荧光屏1，参考图2。

然后在步骤102中，提供一个硅衬底5，其中在硅衬底5与荧光屏1之间施加有第一固定电压。

在步骤103中，在硅衬底5上设置微尖端4，用于在上述第一固定电压产生的电场作用下发射电子对荧光屏进行轰击，产生可见光。微尖端4可以由硅或者铝和金构成。第一固定电压的作用是从微尖端4通过场发射效应引出电子，使电子到达荧光屏1时具有固定且足够的能量使得荧光屏1发光。

在步骤104中，在微尖端4上连接有具有不同热膨胀系数的双材料梁，其中双材料梁与硅衬底5之间施加有第二固定电压。

如图2实施例所示，双材料梁包括红外吸收膜3部分和金属膜2部分，红外吸收膜3设置在微尖端4上，金属膜2与硅衬底5之间施加有所述第二固定电压。

双材料梁的金属膜2部分可以是铝、金等导电金属，双材料梁的红外吸收膜3部分，可以是氮化硅或者氧化硅。具有张应力的铝或金的导电金属材料和具有压应力的氮化硅或氧化硅材料构成的双材料梁，因为具有不同的热膨胀系数，从而会在温升情况下产生弯曲。

本发明的红外成像装置的工作原理如下文所述：

例如当红外成像装置的上部发生红外辐射，下部没有发生时，红外辐射透过硅衬底5，照射到具有高红外吸收率的双材料梁上，氮化硅或者氧化硅的红外吸收膜3吸收红外产生温升，同时将温升传给上层的金属膜2。

由于热膨胀系数不一样导致双材料梁产生了弯曲，当在双材料梁和硅衬底5之间加固定电压时，由于双材料梁的弯曲导致双材料梁和微尖端4之间的距离发生变化，进而在固定电压作用下导致施加在微尖端4的电场强度发生变化，电场强度变化导致场发射电子数改变，从而改变微尖端4场发射用于轰击荧光屏1的电流密度。这样，荧光屏1的亮度将发生变化。因此，红外辐射的变化引起电子轰击荧光屏1的数目变化，从而产生图像变化。

本发明利用微尖端在强电场下会发射电子到真空，真空中的电子在电场的加速作用下轰击荧光屏会产生可见光，并通过加入红外敏感的第三极的变化来可以控制电子轰击荧光屏的数目，最终改变荧光屏的亮度，从而产生图像。

因此，本发明能够克服现有红外成像装置由于对FPA的信号进行二次处理所带来的损耗问题，克服了现有成像系统需要独立的图像处理单元所带来的成本高和不便携的问题。

虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。

此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。

Claims

1.一种红外探成像装置，其特征在于，所述红外探成像装置包括：

荧光屏；

硅衬底，所述硅衬底与荧光屏之间施加有第一固定电压；

设置在硅衬底上的微尖端，用于在所述第一固定电压产生的电场作用下发射电子对荧光屏进行轰击；

具有不同热膨胀系数的双材料梁，所述双材料梁与所述微尖端连接，并且与所述硅衬底之间施加有第二固定电压，以在红外辐射导致所述双材料梁产生弯曲时，施加在微尖端的电场强度随之改变，微尖端场发射电子数随电场强度的变化发生改变，从而改变荧光屏的亮度来产生图像变化。

2.如权利要求1所述的红外探成像装置，其特征在于，所述双材料梁包括红外吸收膜和金属膜，所述红外吸收膜设置在所述微尖端上，所述金属膜与硅衬底之间施加有所述第二固定电压。

3.如权利要求2所述的红外探成像装置，其特征在于，所述红外吸收膜为氮化硅或者氧化硅。

4.如权利要求2所述的红外探成像装置，其特征在于，所述金属膜为铝或金。

5.一种红外探成像装置的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

a)提供一个荧光屏；

b)提供一个硅衬底，其中在所述硅衬底与荧光屏之间施加有第一固定电压；

c)在硅衬底上设置微尖端，用于在所述第一固定电压产生的电场作用下发射电子对荧光屏进行轰击；以及

d)在所述微尖端上连接有具有不同热膨胀系数的双材料梁，其中所述双材料梁与所述硅衬底之间施加有第二固定电压，以在红外辐射导致所述双材料梁产生弯曲时，施加在微尖端的电场强度随之改变，微尖端场发射电子数随电场强度的变化发生改变，从而改变荧光屏的亮度来产生图像变化。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述双材料梁包括红外吸收膜和金属膜，所述红外吸收膜设置在所述微尖端上，所述金属膜与硅衬底之间施加有所述第二固定电压。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述红外吸收膜为氮化硅或者氧化硅。

8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述金属膜为铝或金。