CN110596034B - 一种小型谐振式红外混合气体探测器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小型谐振式红外混合气体探测器，该探测器由红外光源、准直透镜模块、光学微腔、分立色散探测器模块组成。该发明克服了传统的非色散红外气体探测技术对多种气体测量需要建立多个气体传感通道的问题，降低了传感器的制造成本，提高了传感器的集成度，实现了传感器的小型化；通过吸收红外光引起的薄膜体声波谐振器敏感结构微弱的温度变化，建立窄带红外光强度与薄膜体声波谐振器共振频率之间的变化关系，实现了对气体探测的快速响应、高探测灵敏度和高探测分辨率的优点；窄带通滤波器阵列窗口片和薄膜体声波谐振器阵列基片通过MEMS微加工方法制造，具有集成制造、批量生产、一致性好和成本低廉等优势。

Description

一种小型谐振式红外混合气体探测器
技术领域
本发明属于气体检测技术领域，具体涉及一种小型谐振式红外混合气体探测器。
背景技术
随着社会、科技的不断发展，定性和定量的气体传感技术在工业、日常生活、医疗、居住环境监测等各个领域有着重要的应用价值。目前，许多气体或液体传感器的功能仅限于能够探测一种类型的气体，而探测混合气体需要在一个系统中配置多个靶向气体传感器，导致系统体积增大和成本增加。此外，一些气体传感技术还存在长时间工作后可靠性不高的问题。例如，金属氧化物气敏传感器是利用传感材料与气体产生化学反应引起传感材料电阻率发生变化。在长期使用之后，由于化学反应导致传感材料钝化，使传感器灵敏度降低。因此，需要及时更换敏感元件或重新校准传感器，由此导致传感器使用和维护成本增加。基于上述原因，利用光学传感技术测量气体吸引了越来越多工程技术人员的关注。例如，傅立叶变换红外光谱仪是利用气体或液体在红外波段中的特殊指纹吸收效应实现对未知混合气体的检测。然而，傅立叶变换红外光谱仪通常是体积庞大的实验室用台式仪器，由于成本高且缺乏便携性而不适合于户外或家庭使用。因此，开发能够检测混合气体的小型探测器具有显著的商业价值。
目前，许多光学微器件已被用于制造小型气体探测器。例如，微型红外光源、微型热堆和热释电探测器、微型法布里珀罗红外滤波器、微型红外迈克尔逊干涉仪、光子晶体红外滤波器等。 然而，基于上述微型光学器件制备的小型红外气体探测器仍然面临检测灵敏度和分辨率低的问题。因此，如何实现可探测混合气体且具有高灵敏度和高分辨率的小型红外混合气体探测器是当前环境保护和工业生产安全面临的紧迫任务。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的混合气体检测设备存在体积过大和成本高昂的问题，或者检测灵敏度和分辨率偏低的问题，难以满足当前环境保护和工业生产安全的需求，提出利用窄带通滤波器阵列窗口片与薄膜体声波谐振器阵列基片制造一种具有高灵敏度和高分辨率的小型谐振式红外混合气体探测器。
本发明通过以下技术方案加以实现：
该探测器由红外光源、准直透镜模块、光学微腔、分立色散探测器模块组成，所述红外光源设置在准直透镜模块上，所述光学微腔为不规则多边形腔体形成的微腔结构，该微腔结构上开设有矩形入光口和矩形出光口，所述准直透镜模块设置在矩形入光口上，所述分立色散探测器模块设置在矩形出光口上。所述的红外光源在前向半球空间发射的红外光为覆盖中远红外的宽谱红外光，该宽谱红外光经准直透镜模块后变为宽谱的平行红外光束，该光束在光学微腔内部多次反射并与光学微腔内的混合气体充分作用后投射在分立色散探测器模块上。
所述红外光源为能够发射中远红外光的宽谱光源，其光谱波长范围为0.5微米-15微米，所述红外光源为红外发光二极管、红外灯丝热源、红外微机电光源。对于中红外工作波段优选红外灯丝热源；对于远红外工作波段优选红外微机电光源；所述红外光源可以通过电调制或机械斩波器实现光波调制，优选电调制驱动光源。
所述准直透镜模块能够将红外光源发射的发散光束变为准直（平行）光束，由梯形导光槽及准直凸透镜组成，所述梯形导光槽上底面中间开孔用于安装红外光源，梯形导光槽下底面安装准直凸透镜，梯形导光槽的内表面电镀红外反射金膜；所述矩形入光口与梯形导光槽的下底面衔接。
光学微腔的腔体上覆有盖板，所述盖板上开设有多个通气孔，所述通气孔上铺设有挡灰滤网，光学微腔内反射面为多重不规则角度平面，其上镀有红外反射金膜，该结构能使入射的红外光束在光学微腔中实现多重反射增加被测气体的红外光吸收程长，有效提高了探测灵敏度并降低仪器的尺寸，光学微腔的矩形出光口与分立色散探测器模块衔接。
所述的分立色散探测器模块能够将红外宽谱光转变为多个分立波长的红外光波并经光电探测器转换为电信号，分立色散探测器模块由窄带通滤波器阵列窗口片、薄膜体声波谐振器阵列基片、信号处理和读出模块电路板、封装部件及温度传感器组成，所述封装部件包括金属封装管帽和陶瓷封装基座；窄带通滤波器阵列窗口片安装在金属封装管帽的窗口上，金属封装管帽固定在陶瓷封装基座上，薄膜体声波谐振器阵列基片和一个温度传感器胶粘在陶瓷封装基座上，薄膜体声波谐振器阵列基片和温度传感器上的电极通过键合金丝与陶瓷封装基座的通孔电极连接；薄膜体声波谐振器阵列基片位于窄带通滤波器阵列窗口片正下方并被金属封装管帽覆盖；陶瓷封装基座贴装在信号处理和读出模块电路板上，并通过锡球实现通孔电极之间的电连接以及通孔电极与信号处理芯片之间的电连接。其中，信号处理芯片为CMOS 数字集成芯片，其型号可以选用CD4017 或CD4040或CD4059。
所述的窄带通滤波器阵列窗口片为多个中心波长呈线性变化的法布里-珀罗（F-P）型窄带通光学滤波器以线型排列方式组成的阵列。所述的薄膜体声波谐振器阵列基片位于窄带通光学滤波器阵列正下方，且每个薄膜体声波谐振器单元与窄带通光学滤波器在位置上一一对应，吸收对应透过的红外光。所述的薄膜体声波谐振器单元吸收红外光后其薄膜温度升高并导致谐振频率发生变化，频率变化的幅度与红外光强度的变化成线性关系。所述的信号处理和读出模块衬底可以将频率信号放大并转为数字信号，并通过信号处理芯片将信号转变为可显示的气体种类和浓度信号。
所述的窄带通滤波器阵列窗口片是在硅基底上利用微电子薄膜生长工艺制备的多个F-P型窄带通光学滤波器组成的线性排列阵列。所述的F-P型窄带通光学滤波器由薄膜腔层和薄膜腔层两侧的布拉格反射器组成。所述的薄膜腔层材料可以选择高折射率材料或低折射率材料。所述的薄膜腔层的厚度可以是递增阶梯变化或者连续线性变化，厚度变化范围在500纳米~5000纳米之间。所述的布拉格反射器由高折射率层和低折射率层交替组成的多层薄膜结构。为了增加红外光的透射率并抑制短波方向高阶共模的产生，在硅基底背面制备具有红外增透兼具抑制短波共模产生的增透抑制膜。所述的增透抑制膜是由高折射层和低折射层交替组成的多层薄膜结构。所述的高折射率层可选择红外透明的高折射率材料制造，优选硅（Si）和锗（Ge）；所述的低折射率层可选择红外透明的低折射率材料制造，优选二氧化硅（SiO2）和一氧化硅（SiO）
所述的窄带通滤波器阵列窗口片为多个中心波长呈线性变化的法布里-珀罗（F-P）型窄带通光学滤波器以线型排列方式组成的阵列；所述的薄膜体声波谐振器阵列基片位于窄带通光学滤波器阵列正下方，且每个薄膜体声波谐振器单元与窄带通光学滤波器在位置上一一对应，吸收对应透过的红外光；
该窄带通滤波器阵列窗口片采用以下方法制备：
1）使用双面抛光的硅晶圆为衬底；
2）在硅基底上用热蒸发或磁控溅射技术制备增透抑制膜，具体为在硅基底上依次沉积低折射率层和高折射率层交替排列的多层薄膜结构；
3）在硅基底的另一面用热蒸发或磁控溅射技术制备布拉格反射器，具体为在硅基底上依次沉积低折射率层和高折射率层交替排列的多层薄膜结构，低折射率层和高折射率层的层数相同；
4）在布拉格反射器上用热蒸发或磁控溅射技术制备薄膜腔层，具体为利用灰度渐变掩膜技术对薄膜腔层上的光刻胶进行曝光，通过在掩膜平面内不同位置提供不同的紫外光透过率或者线性变化的紫外光透光率，使光刻胶相应的位置有不同的曝光强度或者线性变化的曝光强度，经显影后光刻胶厚度沿着长度方向形成阶梯形或者锲形；
5）利用干法刻蚀技术对光刻胶进行刻蚀，将光刻胶的阶梯形或锲形形状转移到薄膜腔层上，形成台阶形或锲形的薄膜腔层；
6）用热蒸发或磁控溅射技术在薄膜腔层上制备布拉格反射器，具体为在薄膜腔层上依次沉积高折射率层和低折射率交替排列的多层薄膜结构；
7）通过砂轮切割或激光裂片将线形排列的窄带通滤波器阵列窗口片从硅晶圆上整体切割下来。
所述的薄膜体声波谐振器阵列基片是在硅基底上利用微电子机械加工技术制备的多个薄膜体声波谐振器组成的线性排列的阵列。所述薄膜体声波谐振器阵列基片，其性能特征为，可将探测的红外光波强度的变化转化为薄膜体声波谐振器频率的变化，可探测的红外波长范围为1 ~ 20mm中远红外光波。所述薄膜体声波谐振器阵列基片，其结构特征为多个矩形薄板通过悬臂梁悬浮在硅框架的空腔上，矩形薄板的长边与阵列方向垂直，矩形薄板的厚度为1 ~ 5mm。所述的矩形薄板从下至上依次由介质薄膜层、下金属电极层、压电薄膜层、上金属电极层和红外吸收薄膜层组成。所述压电薄膜层材料可以选择氮化铝（AlN）、氧化锌（ZnO）、铁电材料（如铌酸锂、钽酸锂、PZT压电陶瓷等），介质薄膜层可以选择SiO2或氮化硅（Si3N4）。所述的红外吸收薄膜层覆盖在上金属电极层表面，红外吸收材料包括Si3N4、SiO2、氧化钒（V2O5）、黑硅、铂黑、金属电磁微结构阵列等；所述的金属电极通过悬臂梁与硅框架上的电极焊盘连接。
所述薄膜体声波谐振器阵列基片是在硅基底上利用微电子机械加工技术制备的多个薄膜体声波谐振器组成的线性排列的阵列；
该薄膜体声波谐振器阵列基片采用以下方法制备：
1）使用双面抛光的硅晶圆为衬底；
2）利用化学气相沉积或热氧化技术在硅晶圆表面生长0.5微米厚的介质薄膜层；
3）通过磁控技术在介质薄膜层上依次沉积下金属电极层、压电薄膜层、上金属电极层和红外吸收薄膜层；
4）通过刻蚀技术在压电薄膜层上制备电极通孔，将下金属电极层暴露出来；
5）通过光刻技术在上述器件表面制备电极焊盘掩膜，利用热蒸发技术沉积厚膜金属，然后，去除掩膜形成电极焊盘；
6） 通过光刻技术在上述器件表面制备矩形薄板悬浮结构的掩膜；
7）通过化学湿法腐蚀去除悬浮结构刻蚀区域的上金属电极层、压电薄膜层、下金属电极层和介质薄膜层；
8）通过光刻技术在硅晶圆背面制备刻蚀背腔结构掩膜；
9）利用干法刻蚀技术对背腔结构刻蚀区域的硅进行刻蚀形成硅框架，释放悬浮薄膜结构。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
1）本发明通过在硅片上制备窄带通滤波器阵列窗口片将连续宽谱的中远红外光转变为中心波长随阵列位置变化的多个分立的窄带红外光。不同的窄带的红外光对应不同的气体吸收峰，利用光学微腔中的多重光学传输和反射通道与混合气体相作用，并通过薄膜体声波谐振器阵列基片对混合气体实现传感探测。该发明克服了传统的非色散红外气体探测技术对多种气体测量需要建立多个气体传感通道的问题，降低了传感器的制造成本，提高了传感器的集成度，实现了传感器的小型化；
2）本发明设计的小型谐振式红外混合气体探测器可探测红外吸收峰位于1~20 mm之间的单种气体或多种气体组成的混合气体，这些气体主要包括二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（如N2O和NO2）、和碳氢化合物气体（C x H y ）、碳氢氧化合物气体（C x H y O z ）、二氧化硫（SO2）、氨气（NH3）、硫化氢（H2S）和水气（H2O）等；
3）本发明通过使用薄膜体声波谐振器实现对波长范围为1 ~ 20mm的中远红外光波进行探测。通过吸收红外光引起的薄膜体声波谐振器敏感结构微弱的温度变化，建立窄带红外光强度与薄膜体声波谐振器共振频率之间的变化关系，实现了对气体探测的快速响应、高探测灵敏度和高探测分辨率的优点；
4）本发明的窄带通滤波器阵列窗口片和薄膜体声波谐振器阵列基片通过MEMS微加工方法制造，阵列结构完整切割裂片，因此具有集成制造、批量生产、一致性好和成本低廉等优势。
附图说明
图1为本发明的窄带通滤波器阵列窗口片制造工艺流程图；
图2为本发明的基于阶梯形薄膜腔层的窄带通滤波器阵列窗口片结构示意图；
图3为本发明的基于锲形薄膜腔层的窄带通滤波器阵列窗口片结构示意图；
图4为本发明的薄膜体声波谐振器阵列基片制造工艺流程图；
图5为本发明的薄膜体声波谐振器阵列基片结构示意图；
图6为本发明的分立色散探测器模块结构示意图；
图7为本发明的光学微腔结构示意图；
图8为本发明的准直透镜模块结构示意图；
图9为本发明的小型谐振式红外混合气体探测器的结构和工作原理示意图；
图中，1-红外光源，2-准直透镜模块，2-1-梯形导光槽，2-2-准直凸透镜；3-光学微腔，3-1-矩形入光口，3-2-腔体，3-3-盖板，3-4-通气孔，3-5-挡灰滤网，3-6-矩形出光口；4-分立色散探测器模块，4-1-窄带通滤波器阵列窗口片，4-2-薄膜体声波谐振器阵列基片，4-3-信号处理和读出模块电路板，4-4-金属封装管帽，4-5-陶瓷封装基座，4-6-温度传感器，4-7-键合金丝，4-8-通孔电极，4-9-锡球，4-10-信号处理芯片；5-红外光线，5-1-硅基底，5-2-薄膜腔层，5-3-布拉格反射器，5-4-高折射率层，5-5-低折射率层，5-6-增透抑制膜；6-混合气体，6-1-矩形薄板，6-2-悬臂梁，6-3-硅框架，6-4-介质薄膜层，6-5-下金属电极层，6-6-压电薄膜层，6-7-上金属电极层，6-8-红外吸收薄膜层，6-9-电极焊盘，7-红外反射金膜。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施。
以下实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
本发明一种小型谐振式红外混合气体探测器，该探测器由红外光源1、准直透镜模块2、光学微腔3、分立色散探测器模块4组成，红外光源1设置在准直透镜模块2上，光学微腔3为不规则多边形腔体形成的微腔结构，该微腔结构上开设有矩形入光口3-1和矩形出光口3-6，准直透镜模块2设置在矩形入光口3-1上，分立色散探测器模块4设置在矩形出光口3-6上。
其中，红外光源1为能够发射中远红外光的宽谱光源，其光谱波长范围为0.5微米-15微米，红外光源1为红外发光二极管、红外灯丝热源、红外微机电光源。准直透镜模块2由梯形导光槽2-1及准直凸透镜2-2组成，所述梯形导光槽2-1上底面中间开孔用于安装红外光源1，梯形导光槽2-1下底面安装准直凸透镜，梯形导光槽2-1的内表面电镀红外反射金膜7；矩形入光口3-1与梯形导光槽2-1的下底面衔接。光学微腔3的腔体3-2上覆有盖板3-3，盖板3-3上开设有多个通气孔3-4，通气孔3-4上铺设有挡灰滤网3-5，光学微腔3内反射面为多重不规则角度平面，其上镀有红外反射金膜7，光学微腔3的矩形出光口3-6与分立色散探测器模块4衔接。
制备窄带通滤波器阵列窗口片，具体工艺步骤如图 1所示的工艺流程：
1）使用双面抛光的硅晶圆为硅基底5-1；
2）用热蒸发或磁控溅射技术在硅基底上制备增透抑制膜5-6，具体参数为：依次在硅基底上沉积厚度为556.5 nm的高折射率层5-5SiO，134.5 nm的高折射率层5-4Ge，356.1nm的SiO，74.3 nm的Ge，265.3nm的SiO，168.1 nm的Ge，132.8 nm的SiO，134.5 nm的Ge，和556.6 nm的SiO；
3）用热蒸发或磁控溅射技术在硅基底的另一面制备布拉格反射镜5-3，具体参数为：依次在硅基底上沉积厚度为565.9 nm的SiO2低折射率层5-5， 240.1 nm的Si高折射率层5-4， 565.9 nm的 SiO2层，和240.1 nm的Si层；
4）在布拉格反射器5-3上用热蒸发或磁控溅射技术沉积2 mm厚的SiO2层。然后，在SiO2层上涂覆光刻胶，接着利用灰度渐变掩膜技术对SiO2层上的光刻胶进行曝光。最后，通过显影形成阶梯形或者锲形光刻胶；
5）利用干法刻蚀技术对光刻胶进行刻蚀，将光刻胶的阶梯形或锲形形状转移到SiO2层上，形成阶梯形或锲形的SiO2薄膜腔层5-2，薄膜腔层的厚度范围在500 nm ~ 3000nm；
6）用热蒸发或磁控溅射技术在SiO2薄膜腔层上制备布拉格反射镜5-3，具体参数为：依次在SiO2上沉积厚度为240.1 nm的Si高折射率层5-4， 565.9 nm的SiO2低折射率层5-5， 240.1 nm的Si， 565.9 nm SiO2，和240.1 nm的Si；
7）通过砂轮切割或激光裂片将线形排列的窄带通滤波器阵列窗口片从硅晶圆上整体切割下来。
图2显示了所制备的基于阶梯形薄膜腔层的窄带通滤波器阵列窗口片结构示意图；
图3显示了所制备的基于锲形薄膜腔层的窄带通滤波器阵列窗口片结构示意图。
制备薄膜体声波谐振器阵列基片，具体工艺步骤如图 4所示的工艺流程：
1）使用双面抛光的硅晶圆为衬底；
2）利用热氧化技术在硅晶圆表面生长0.5微米厚的SiO2介质薄膜层6-4；
3）通过磁控技术在SiO2层上依次沉积Ti（50nm）/ Cr（50nm）/ Al（100nm）复合结构组成的下金属电极层（6-6）、2 mm的AlN压电薄膜层6-6、Ti（50nm）/ Cr（50nm）/ Al（100 nm）复合结构组成的上金属电极层6-7和200 nm的Si3N4红外吸收薄膜层6-8；
4）通过刻蚀技术在AlN压电薄膜层上制备电极通孔，将下金属电极层暴露出来；
5）通过光刻技术在上述器件表面制备电极焊盘6-9掩膜，利用热蒸发技术沉积厚度为3 mm的Al膜，剥离掩膜形成电极焊盘；
6）通过光刻技术在上述器件表面制备100 mm宽和200 mm长的矩形薄板6-1和8 mm宽和20 mm长悬臂梁6-2掩膜；
7）通过化学湿法腐蚀去除刻蚀区域的上金属电极层、AlN压电薄膜层、下金属电极层和SiO2介质薄膜层；
8）通过光刻技术在硅晶圆背面制备刻蚀背腔结构掩膜；
9）以0.5微米厚的SiO2介质薄膜层作为刻蚀停止层，利用干法刻蚀技术对背腔结构刻蚀区域的硅进行刻蚀形成硅框架6-3，最后释放悬浮薄膜结构；
10）通过激光裂片将线形排列的薄膜体声波谐振器阵列基片从硅晶圆上整体切割下来。
图5显示了所制备的薄膜体声波谐振器阵列基片结构示意图，图中分别显示了A-A截面和B-B截面视图。
分立色散探测器模块的制备
如图6所示，将窄带通滤波器阵列窗口片4-1胶封在金属封装管帽4-4窗口上。然后，将薄膜体声波谐振器阵列基片4-2和半导体热敏温度传感器4-6胶粘在陶瓷封装基座4-5上。薄膜体声波谐振器阵列基片和温度传感器上的电极通过键合金丝4-7与陶瓷封装基座的通孔电极4-8连接。接着，将金属封装管帽胶粘在陶瓷封装基座4-5上，使薄膜体声波谐振器阵列基片位于窄带通滤波器阵列窗口片正下方并被金属封装管帽覆盖。最后，将封好的器件贴装在信号处理和读出模块电路板上。信号处理和读出模块电路板上贴装信号处理芯片4-10，通过锡球4-9实现与通孔电极之间以及通孔电极与信号处理芯片之间的电连接。
光学微腔的制备
如图7所示，利用薄铝板并过机械冲压技术制备不规则多边形腔体形成光学微腔的腔体3-2，腔体各边长比例为：l 1 : l 2 : l 3 : l 4 : l 5 : l 6 : l 7 = 1.42 : 1.12 : 1.00:1.23 : 1.89 : 1.31 : 1.00; 腔体相邻边长之间的角度为：Ða 1 = 154°，Ða 2 = 128°，Ða 3 =93°，Ða 4 = 168°，Ða 5 = 98°，Ða 6 = 119°，Ða 7 = 140°；在光学微腔内表面电镀红外反射金膜7；在边长为l 1 的腔表面切出矩形入光口3-1，其入光口与准直透镜模块梯形导光槽2-1下底面尺寸相同。同时，在边长为l 3 的腔表面切出矩形出光口3-6，其出光口与分立色散探测器模块4金属封装管帽4-4尺寸相同。加工出外形与光学微腔外形一致的金属铝板作为光学微腔的腔体3-2上的盖板3-3，在盖板上开有多个通气孔3-4，通气孔上铺设挡灰滤网3-5；
准直透镜模块的制备
如图8所示，利用薄铝板并过机械冲压技术制备梯形导光槽2-1，在梯形导光槽的顶部开矩形窗口便于安装红外光源；在梯形导光槽内部电镀红外反射金膜7，以增加红外反射；在梯形导光槽的底部安装准直凸透镜2-2。
小型谐振式红外混合气体探测器的装配
如图9所示，将红外光源1安装在准直透镜模块2上，然后将 其安装在光学微腔3的矩形入光口3-1上。然后，将分立色散探测器模块4安装在光学微腔3的矩形出光口3-6上。

Claims (4)

1.一种小型谐振式红外混合气体探测器，其特征在于该探测器由红外光源（1）、准直透镜模块（2）、光学微腔（3）、分立色散探测器模块（4）组成，所述红外光源（1）设置在准直透镜模块（2）上，所述光学微腔（3）为不规则多边形腔体形成的微腔结构，该微腔结构上开设有矩形入光口（3-1）和矩形出光口（3-6），所述准直透镜模块（2）设置在矩形入光口（3-1）上，所述分立色散探测器模块（4）设置在矩形出光口（3-6）上；
所述的分立色散探测器模块（4）由窄带通滤波器阵列窗口片（4-1）、薄膜体声波谐振器阵列基片（4-2）、信号处理和读出模块电路板（4-3）、封装部件及温度传感器（4-6）组成，所述封装部件包括金属封装管帽（4-4）和陶瓷封装基座（4-5）；窄带通滤波器阵列窗口片（4-1）安装在金属封装管帽（4-4）的窗口上，金属封装管帽（4-4）固定在陶瓷封装基座（4-5）上，薄膜体声波谐振器阵列基片（4-2）和一个温度传感器（4-6）胶粘在陶瓷封装基座（4-5）上，薄膜体声波谐振器阵列基片（4-2）和温度传感器（4-6）上的电极通过键合金丝（4-7）与陶瓷封装基座（4-5）的通孔电极（4-8）连接；薄膜体声波谐振器阵列基片（4-2）位于窄带通滤波器阵列窗口片（4-1）正下方并被金属封装管帽（4-4）覆盖；陶瓷封装基座（4-5）贴装在信号处理和读出模块电路板（4-3）上，并通过锡球（4-9）实现通孔电极（4-8）之间的电连接以及通孔电极（4-8）与信号处理芯片（4-10）之间的电连接；
所述的窄带通滤波器阵列窗口片（4-1）为多个中心波长呈线性变化的法布里-珀罗（F-P）型窄带通光学滤波器以线型排列方式组成的阵列；所述的薄膜体声波谐振器阵列基片（4-2）位于窄带通光学滤波器阵列窗口片（4-1）正下方，且每个薄膜体声波谐振器单元与窄带通光学滤波器在位置上一一对应，吸收对应透过的红外光；
该窄带通滤波器阵列窗口片采用以下方法制备：
1）使用双面抛光的硅晶圆为衬底；
2）在硅基底上用热蒸发或磁控溅射技术制备增透抑制膜（5-6），具体为在硅基底（5-1）上依次沉积低折射率层（5-5）和高折射率层（5-4）交替排列的多层薄膜结构；
3）在硅基底的另一面用热蒸发或磁控溅射技术制备布拉格反射器，具体为在硅基底（5-1）上依次沉积低折射率层（5-5）和高折射率层（5-4）交替排列的多层薄膜结构，低折射率层（5-5）和高折射率层（5-4）的层数相同；
4）在布拉格反射器（5-3）上用热蒸发或磁控溅射技术制备薄膜腔层（5-2），具体为利用灰度渐变掩膜技术对薄膜腔层（5-2）上的光刻胶进行曝光，通过在掩膜平面内不同位置提供不同的紫外光透过率或者线性变化的紫外光透光率，使光刻胶相应的位置有不同的曝光强度或者线性变化的曝光强度，经显影后光刻胶厚度沿着长度方向形成阶梯形或者锲形；
5）利用干法刻蚀技术对光刻胶进行刻蚀，将光刻胶的阶梯形或锲形形状转移到薄膜腔层（5-2）上，形成台阶形或锲形的薄膜腔层（5-2）；
6）用热蒸发或磁控溅射技术在薄膜腔层（5-2）上制备布拉格反射器（5-3），具体为在薄膜腔层（5-2）上依次沉积高折射率层（5-4）和低折射率层（5-4）交替排列的多层薄膜结构；
7）通过砂轮切割或激光裂片将线形排列的窄带通滤波器阵列窗口片从硅晶圆上整体切割下来；
所述薄膜体声波谐振器阵列基片（4-2）是在硅基底（5-1）上利用微电子机械加工技术制备的多个薄膜体声波谐振器组成的线性排列的阵列；
该薄膜体声波谐振器阵列基片采用以下方法制备：
1）使用双面抛光的硅晶圆为衬底；
2）利用化学气相沉积或热氧化技术在硅晶圆表面生长0.5微米厚的介质薄膜层（6-4）；
3）通过磁控技术在介质薄膜层（6-4）上依次沉积下金属电极层（6-5）、压电薄膜层（6-6）、上金属电极层（6-7）和红外吸收薄膜层（6-8）；
4）通过刻蚀技术在压电薄膜层（6-6）上制备电极通孔，将下金属电极层暴露出来；
5）通过光刻技术在上述处理过的硅晶圆表面制备电极焊盘掩膜，利用热蒸发技术沉积厚膜金属，然后，去除掩膜形成电极焊盘（6-9）；
6）通过光刻技术在上述处理过的硅晶圆表面制备矩形薄板（6-1）悬浮结构的掩膜；
7）通过化学湿法腐蚀去除悬浮结构刻蚀区域的上金属电极层（6-7）、压电薄膜层（6-6）、下金属电极层（6-5）和介质薄膜层（6-4）；
8）通过光刻技术在硅晶圆背面制备刻蚀背腔结构掩膜；
9）利用干法刻蚀技术对背腔结构刻蚀区域的硅进行刻蚀形成硅框架（6-3），释放悬浮薄膜结构。
2.如权利要求1所述的一种小型谐振式红外混合气体探测器，其特征在于所述红外光源（1）为能够发射中远红外光的宽谱光源，其光谱波长范围为0.5微米-15微米，所述红外光源（1）为红外发光二极管、红外灯丝热源、红外微机电光源。
3.如权利要求1所述的一种小型谐振式红外混合气体探测器，其特征在于所述准直透镜模块（2）由梯形导光槽（2-1）及准直凸透镜（2-2）组成，所述梯形导光槽（2-1）上底面中间开孔用于安装红外光源（1），梯形导光槽（2-1）下底面安装准直凸透镜（2-2），梯形导光槽（2-1）的内表面电镀红外反射金膜（7）；所述矩形入光口（3-1）与梯形导光槽（2-1）的下底面衔接。
4.如权利要求1所述的一种小型谐振式红外混合气体探测器，其特征在于光学微腔（3）的腔体（3-2）上覆有盖板（3-3），所述盖板（3-3）上开设有多个通气孔（3-4），所述通气孔（3-4）上铺设有挡灰滤网（3-5），光学微腔（3）内反射面为多重不规则角度平面，其上镀有红外反射金膜（7），光学微腔（03）的矩形出光口（3-6）与分立色散探测器模块（4）衔接。
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