CN106989827A - 一种由多个焦平面探测器组成的曲率可控的曲面探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种由多个焦平面探测器组成的曲率可控的曲面探测器,包括多个呈曲面排列的焦平面探测器,通过调整每个半导体基座的高度,可以形成不同曲率半径的曲面探测器,且可以实现模块化制造,能够适应各种参数的光学系统;通过调整半导体基座及探测器本体的个数,使得该曲面探测器的阵列大小可调,能够适应大小不同的视场的需求;可以节省大量传统平面焦平面为保证图像质量所需的光学棱镜及光学处理元件,从而降低制造成本。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术中的微机电系统工艺制造领域,具体涉及一种由多个焦平面探测器组成的曲率可控的曲面探测器。
背景技术
现有方案一般都是平面焦平面阵列成像,在进入大规模高清(2K,4K)成像时,研究人员通过透镜和其它光学组件等复杂的系统来调整光路,使得光线聚焦在探测器焦平面(FPA),以得到更好的成像效果,应用比较复杂。
单一的焦平面探测器适用于大视场成像的需求,且即使多个焦平面探测器组成的大阵列平面探测器成像时也存在边缘离轴扭曲,散光,慧差等问题。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足,提供一种不需要通过透镜和其它光学组件等复杂的系统就能实现高清成像的由多个焦平面探测器组成的曲率可控的曲面探测器。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种由多个焦平面探测器组成的曲率可控的曲面探测器,包括多个呈曲面排列的焦平面探测器,多个所述焦平面探测器为同一型号,且每个焦平面探测器的下方均安装有可调节所述焦平面探测器的高度与角度的机械装置。
本发明的有益效果如下:
(1)由多个焦平面探测器组成的曲面探测器能够实现超大视场成像,并同时保证焦点均匀性;
(2)能够解决传统平面焦平面成像的边缘离轴扭曲,散光,慧差等问题;
(3)成像焦点都落在探测器焦平面上,能够提升图像的离轴锐度,解析度及亮度;
(4)通过调整每个半导体基座的高度,可以形成不同曲率半径的曲面探测器,能够适应各种参数的光学系统;
(5)通过调整半导体基座及探测器本体的个数,使得该曲面探测器的阵列大小可调,能够适应大小不同的视场的需求;
(6)可以节省大量传统平面焦平面为保证图像质量所需的光学棱镜及光学处理元件,从而降低制造成本。
进一步,所述焦平面探测器包括半导体基座和设置在半导体基座上的探测器本体;所述半导体基座与所述探测器本体通过读出电路电连接,所述半导体基座的横截面尺寸与所述探测器本体的横截面尺寸一致。
进一步,所述半导体基座上包括读出电路,所述读出电路的面积与所述探测器本体的面积相同。
进一步,所述探测器本体与所述半导体基座连接处设有读出电路。
进一步,所述探测器本体包括绝缘介质层、金属反射层、第一支撑层、金属电极层,所述半导体基座上设有金属反射层和绝缘介质层,所述金属反射层包括若干个金属块;
所述金属块上设有第一支撑层,所述第一支撑层上设有第一通孔,所述第一通孔终止于所述金属块,所述第一支撑层上和第一通孔内设有金属电极层,所述金属电极层包括设置在所述第一支撑层上的金属电极和设置在所述第一通孔内的金属连线;
所述金属电极层上设有第一保护层,所述第一保护层上设有第二支撑层,所述第二支撑层上设有第二通孔,所述第二通孔终止于所述金属电极,所述第二支撑层上和第二通孔内设有电极金属层;
所述电极金属层上设有热敏层,所述热敏层不能完全覆盖电极金属层,所述热敏层通过所述电极金属层与所述金属电极层电连接;所述热敏层上和电极金属层上设有第二保护层。
采用上述进一步技术方案的有益效果是:在电极金属层上制作与热敏薄膜的接触孔,可以向像元边缘拓展接触孔的尺寸,增加了像元的填充系数,降低工艺难度且降低热敏薄膜和电极之间的接触电阻,为更小像元尺寸的研发和生产打下基础。
进一步,所述探测器本体包括金属反射层、绝缘介质层、支撑层和氧化钛薄膜,所述半导体基座上设有金属反射层和绝缘介质层,所述金属反射层包括若干个金属块;
所述绝缘介质层上设有支撑层,所述支撑层上设有锚点孔和通孔,所述通孔终止于所述金属块,所述锚点孔和所述通孔内填充有连接金属,所述支撑层和所述连接金属上设有氧化钛薄膜,所述氧化钛薄膜包括在桥面区域的半导体氧化钛薄膜和在桥腿区域的导体氧化钛薄膜,所述半导体氧化钛薄膜上设有第一保护层,所述导体氧化钛薄膜和所述第一保护层上设有第二保护层。
采用上述进一步技术方案的有益效果是:使用氧化钛薄膜作为热敏层薄膜,具有较好的稳定性,电阻回复速度快,电阻记忆效应少;增大了热敏薄膜的面积,从而增大了填充率,金属电极层和热敏层均是氧化钛薄膜,这样就能节省工艺步骤,探测器的平坦度较高。
进一步,所述探测器本体包括金属反射层、绝缘介质层和支撑层,所述半导体基座上设有金属反射层和绝缘介质层,所述金属反射层包括若干个金属块;
所述绝缘介质层上设有支撑层,所述支撑层上设有锚点孔和通孔,所述通孔终止于所述金属块,所述锚点孔和所述通孔内填充有连接金属,所述支撑层的桥面区域设有氧化钛薄膜,所述氧化钛薄膜为半导体,所述连接金属及所述支撑层的桥腿区域设有与所述氧化层薄膜处于同一层的钛薄膜,所述钛薄膜上设有第一保护层,所述氧化钛薄膜和所述第一保护层上设有第二保护层。
采用上述进一步技术方案的有益效果是:使用氧化钛薄膜作为热敏层薄膜,具有较好的稳定性,电阻回复速度快,电阻记忆效应少;增大了热敏薄膜的面积,从而增大了填充率,氧化钛薄膜层相当于热敏层,钛薄膜相当于金属电极层,金属电极层和热敏层处于同一层上,这样就能节省工艺步骤,探测器的平坦度较高。
进一步,所述第一支撑层和第二支撑层为氮化硅,其厚度为所述第一保护层和第二保护层为氮化硅。
进一步,所述的绝缘介质层为氮化硅薄膜或者氧化硅薄膜,厚度为
进一步,所述金属反射层的厚度为金属反射层对波长为8~14μm的红外光的反射率在99%以上。
进一步,所述热敏层为氧化钒、氧化钛、氧化铌、氧化坞、氧化锰、氧化铌、氧化钴、氧化铜、多晶硅或氧化钡钛。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明中曲率半径的曲面探测器的侧视图;
图3为本发明实施例一的焦平面探测器的结构示意图;
图4为本发明实施例二的焦平面探测器的结构示意图;
图5为本发明实施例三的焦平面探测器的结构示意图;
图6为本发明中平面焦平面探测器与曲面焦平面探测器单个透镜光路示意图;
在附图中,各标号所表示的部件名称列表如下:1、焦平面探测器,1-1、半导体基座,1-2、金属块,1-3、绝缘介质层,1-4、第一支撑层,1-5、金属电极,1-7、金属连线,1-6、第一保护层,1-8、第二支撑层,1-9、电极金属层,1-10、热敏层,1-11、第二保护层,1-12、支撑层,1-13、连接金属,1-14、钛薄膜,1-15、半导体氧化钛薄膜,1-16、导体氧化钛薄膜,2、曲面焦平面,3、透镜,4、平面焦平面,5、平行入射光线,6、斜入射光线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明中的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
下面通过单个透镜的简单光路系统来说明曲面焦平面探测器相对平面焦平面探测器的优势,如图6所示。
在平行入射光情况下,平行入射光线5光会通过透镜3主光轴上的焦点,一般是把通过该焦点,并且垂直于主光轴的平面作为焦平面,平面焦平面探测器会与图6中平面焦平面重合。
现在传统的小视场低分辨率的红外或太赫兹成像时,透镜聚焦所成的像均在主光轴附近,而且焦深足以覆盖探测器焦平面范围,形成清晰的像。
但是在进行大视场高分辨率成像的时候,视场边缘要成像,那随之而来的斜入射光线6也越来越多,这些光线的聚焦点会偏离平面焦平面4,而且越往视场边缘,斜入射角度越大,成像的焦点会离主光轴越远,并逐渐离平面焦平面越来越远,当焦点距离平面焦平面超过焦深时,就会发生越往图像边缘越失真的现象。如果使用曲面焦平面探测器,那么斜入射光线6的聚焦点均会在曲面焦平面2上,不管是图像中间还是边缘部位,都不会出现失真现象。
如图1-图2所示,一种由多个焦平面探测器组成的曲率可控的曲面探测器,包括多个呈曲面排列的焦平面探测器1,多个所述焦平面探测器1为同一型号,每个所述焦平面探测器1的下端设有控制其角度和高度的机械装置,所述焦平面探测器1包括半导体基座1-1和设置在半导体基座1-1上的探测器本体;所述半导体基座1-1与所述探测器本体通过读出电路电连接,所述读出电路可以设置在所述半导体基座1-1内,也可以设置在所述探测器本体内,所述半导体基座1-1的横截面尺寸与所述探测器本体的横截面尺寸一致。
当读出电路包含在所述半导体基座内时,现给出以下三种实施例:
实施例一
所述探测器本体如图3所示,包括绝缘介质层1-3、金属反射层、第一支撑层1-4、金属电极层,所述半导体基座1-1上设有金属反射层和绝缘介质层1-3,所述金属反射层包括若干个金属块1-2;
所述金属块上设有第一支撑层1-4,所述第一支撑层1-4上设有第一通孔,所述第一通孔终止于所述金属块1-2,所述第一支撑层1-4上和第一通孔内设有金属电极层,所述金属电极层包括设置在所述第一支撑层1-4上的金属电极1-5和设置在所述第一通孔内的金属连线1-7;
所述金属电极层上设有第一保护层1-6,所述第一保护层1-6上设有第二支撑层1-8,所述第二支撑层1-8上设有第二通孔,所述第二通孔终止于所述金属电极1-5,所述第二支撑层1-8上和第二通孔内设有电极金属层1-9;
所述电极金属层1-9上设有热敏层1-10,所述热敏层1-10不能完全覆盖电极金属层1-9,所述热敏层1-10通过所述电极金属层1-9与所述金属电极层1-9电连接;所述热敏层1-10上和电极金属层1-9上设有第二保护层1-11,所述热敏层1-10为热敏层为氧化钒、氧化钛、氧化铌、氧化坞、氧化铜或多晶硅等。
实施例二
探测器本体如图4所示,包括金属反射层、绝缘介质层1-3、支撑层1-12和氧化钛薄膜,所述半导体基座1-1上设有金属反射层和绝缘介质层1-3,所述金属反射层包括若干个金属块1-2;
所述绝缘介质层1-3上设有支撑层1-12,所述支撑层1-12上设有锚点孔和通孔,所述通孔终止于所述金属块1-2,所述锚点孔和所述通孔内填充有连接金属1-13,所述支撑层1-12和所述连接金属1-13上设有氧化钛薄膜,所述氧化钛薄膜包括在桥面区域的半导体氧化钛薄膜1-15和在桥腿区域的导体氧化钛薄膜1-16,所述半导体氧化钛薄膜上设有第一保护层1-6,所述导体氧化钛薄膜1-16和所述第一保护层1-6上设有第二保护层1-11。
实施例三
所述探测器本体如图5所示,包括金属反射层、绝缘介质层1-3和支撑层1-12,所述半导体基座1-1上设有金属反射层和绝缘介质层1-3,所述金属反射层包括若干个金属块1-2;
所述绝缘介质层1-3上设有支撑层1-12,所述支撑层1-12上设有锚点孔和通孔,所述通孔终止于所述金属块1-2,所述锚点孔和所述通孔内填充有连接金属1-13,所述支撑层1-12的桥面区域设有半导体氧化钛薄膜1-15,所述连接金属1-13及所述支撑层1-12的桥腿区域设有与所述氧化层薄膜处于同一层的钛薄膜1-14,所述钛薄膜1-14上设有第一保护层1-6,所述半导体氧化钛薄膜1-15和所述第一保护层1-6上设有第二保护层1-11。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种由多个焦平面探测器组成的曲率可控的曲面探测器,其特征在于,包括多个呈曲面排列的焦平面探测器,多个所述焦平面探测器为同一型号。
2.根据权利要求1所述的一种由多个焦平面探测器组成的曲率可控的曲面探测器,其特征在于,所述焦平面探测器包括半导体基座和设置在半导体基座上的探测器本体;所述半导体基座与所述探测器本体通过读出电路电连接,所述半导体基座的横截面尺寸与所述探测器本体的横截面尺寸一致。
3.根据权利要求2所述的一种由多个焦平面探测器组成的曲率可控的曲面探测器,其特征在于,所述半导体基座上包括读出电路,所述读出电路的面积与所述探测器本体的面积相同。
4.根据权利要求2所述的一种由多个焦平面探测器组成的曲率可控的曲面探测器,其特征在于,所述探测器本体与所述半导体基座连接处设有读出电路。
5.根据权利要求3所述的一种由多个焦平面探测器组成的曲率可控的曲面探测器,其特征在于,所述探测器本体包括绝缘介质层、金属反射层、第一支撑层、金属电极层,所述半导体基座上设有金属反射层和绝缘介质层,所述金属反射层包括若干个金属块;
所述金属块上设有第一支撑层,所述第一支撑层上设有第一通孔,所述第一通孔终止于所述金属块,所述第一支撑层上和第一通孔内设有金属电极层,所述金属电极层包括设置在所述第一支撑层上的金属电极和设置在所述第一通孔内的金属连线;
所述金属电极层上设有第一保护层,所述第一保护层上设有第二支撑层,所述第二支撑层上设有第二通孔,所述第二通孔终止于所述金属电极,所述第二支撑层上和第二通孔内设有电极金属层;
所述电极金属层上设有热敏层,所述热敏层不能完全覆盖电极金属层,所述热敏层通过所述电极金属层与所述金属电极层电连接;所述热敏层上和电极金属层上设有第二保护层。
6.根据权利要求3所述的一种由多个焦平面探测器组成的曲率可控的曲面探测器,其特征在于,所述探测器本体包括金属反射层、绝缘介质层、支撑层和氧化钛薄膜,所述半导体基座上设有金属反射层和绝缘介质层,所述金属反射层包括若干个金属块;
所述绝缘介质层上设有支撑层,所述支撑层上设有锚点孔和通孔,所述通孔终止于所述金属块,所述锚点孔和所述通孔内填充有连接金属,所述支撑层和所述连接金属上设有氧化钛薄膜,所述氧化钛薄膜包括在桥面区域的半导体氧化钛薄膜和在桥腿区域的导体氧化钛薄膜,所述半导体氧化钛薄膜上设有第一保护层,所述导体氧化钛薄膜和所述第一保护层上设有第二保护层。
7.根据权利要求3所述的一种由多个焦平面探测器组成的曲率可控的曲面探测器,其特征在于,所述探测器本体包括金属反射层、绝缘介质层和支撑层,所述半导体基座上设有金属反射层和绝缘介质层,所述金属反射层包括若干个金属块;
所述绝缘介质层上设有支撑层,所述支撑层上设有锚点孔和通孔,所述通孔终止于所述金属块,所述锚点孔和所述通孔内填充有连接金属,所述支撑层的桥面区域设有氧化钛薄膜,所述氧化钛薄膜为半导体,所述连接金属及所述支撑层的桥腿区域设有与所述氧化层薄膜处于同一层的钛薄膜,所述钛薄膜上设有第一保护层,所述氧化钛薄膜和所述第一保护层上设有第二保护层。
8.根据权利要求5所述的一种由多个焦平面探测器组成的曲率可控的曲面探测器,其特征在于,所述第一支撑层和第二支撑层为氮化硅,其厚度为所述第一保护层和第二保护层为氮化硅。
9.根据权利要求5-7任一项所述的一种由多个焦平面探测器组成的曲率可控的曲面探测器,其特征在于,所述的绝缘介质层为氮化硅薄膜或者氧化硅薄膜,厚度为
10.根据权利要求5-7任一项所述的一种由多个焦平面探测器组成的曲率可控的曲面探测器,其特征在于,所述金属反射层的厚度为金属反射层对波长为8~14μm的红外光的反射率在99%以上。
11.根据权利要求5所述的一种由多个焦平面探测器组成的曲率可控的曲面探测器,其特征在于,所述热敏层为氧化钒、氧化钛、氧化铌、氧化坞、氧化锰、氧化铌、氧化钴、氧化铜、多晶硅或氧化钡钛。
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