CN113252184A - 低噪声探测器及其像元以及降低非制冷探测器噪声的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低噪声探测器像元及采用该像元的非制冷探测器，该像元包括衬底和有效元，有效元包括桥面层，桥面层包括自上而下层设的顶面吸收层和多层热敏感层，相邻两层热敏感层之间通过绝缘层分隔，各热敏感层联接形成有效元电阻结构，有效元电阻结构的阻值与有效元设计阻值匹配。另外还涉及一种降低非制冷探测器噪声的方法，包括：对非制冷探测器的至少部分像元进行降噪处理，对像元的降噪处理包括增大其有效元的敏感材料电阻有效面积；和/或，增大盲元的敏感材料电阻有效面积，以对盲元进行降噪处理。本发明通过增加热敏感层数量，在满足探测器设计要求的前提下，可以增大有效元的敏感材料电阻有效面积，达到对像元和探测器降噪的效果。
Description
技术领域
本发明属于红外探测器技术领域，具体涉及一种低噪声探测器像元、采用该低噪声探测器像元的低噪声非制冷探测器以及降低非制冷探测器噪声的方法。
背景技术
红外探测器广泛应用于安防、国防和健康医疗领域，它分为制冷型红外探测器和非制冷红外探测器，其中，非制冷红外探测器因其具有体积小、功耗低、重量轻和价格低等优势越来越得到广泛的利用；目前非制冷红外探测器除了在国防军事领域的广泛应用外，在民用领域的应用也越来越广泛。
目前，非制冷红外探测器存在噪声相对较大的问题，这些噪声的存在会对探测器的工作特性、结构设计、材料应用及后端电路等方面造成影响，然而，目前对于非制冷红外探测器的降噪研究较少。
发明内容
本发明涉及一种低噪声探测器像元、采用该低噪声探测器像元的低噪声非制冷探测器以及降低非制冷探测器噪声的方法，至少可解决现有技术的部分缺陷。
本发明涉及一种低噪声探测器像元，包括衬底和有效元，所述有效元包括桥面层，所述桥面层包括自上而下层设的顶面吸收层和多层热敏感层，相邻两层热敏感层之间通过绝缘层分隔，各热敏感层联接形成有效元电阻结构，所述有效元电阻结构的阻值与有效元设计阻值匹配。
作为实施方式之一，至少部分热敏感层包括同层分布的多个热敏感块，同层的各热敏感块相联接以使所述有效元电阻结构的阻值与有效元设计阻值相匹配。
作为实施方式之一，同层分布的热敏感块为两块时，该两块热敏感块串联或并联；同层分布的热敏感块为三块或三块以上时，同层的各热敏感块串联、并联或混联。
作为实施方式之一，热敏感层为两层时，该两层热敏感层串联或并联；热敏感层为三层或三层以上时，各热敏感层串联、并联或混联。
作为实施方式之一，至少部分绝缘层为由热吸收材料制成的中间吸收层。
本发明还涉及一种低噪声非制冷探测器，包括阵列布置的多个像元，至少部分像元采用如上所述的低噪声探测器像元。
本发明还涉及一种降低非制冷探测器噪声的方法，包括：
对非制冷探测器的至少部分像元进行降噪处理，对像元的降噪处理包括增大其有效元的敏感材料电阻有效面积；
和/或，增大盲元的敏感材料电阻有效面积，以对盲元进行降噪处理。
作为实施方式之一，有效元敏感材料电阻有效面积的增大方法包括：
增加该有效元的热敏感层数量，其中，相邻两层热敏感层之间通过绝缘层分隔，各热敏感层联接形成有效元电阻结构，所述有效元电阻结构的阻值与有效元设计阻值匹配。
作为实施方式之一，在所述有效元电阻结构中，至少部分热敏感层包括同层分布的多个热敏感块，同层的各热敏感块相联接以使所述有效元电阻结构的阻值与有效元设计阻值相匹配。
本发明至少具有如下有益效果：
传统的探测器像元，热敏感层一般为一层；本发明通过增加热敏感层数量，在满足探测器设计要求的前提下，可以增大有效元的敏感材料电阻有效面积，从而达到对像元进行降噪的效果，便于制备低噪声非制冷探测器。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的低噪声探测器像元的结构示意图；
图2和图3为本发明实施例提供的两种热敏感层分块的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
申请人发现，非制冷探测器的1/f噪声主要是由探测器中的有效元和盲元产生，总噪声为二者平方之和的开方根。有效元、盲元的噪声大致可采用如下公式计算：
其中，
为电阻材料的电压噪声，k为敏感材料电阻的典型值，A为敏感材料电阻的有效面积。
可见，当敏感材料电阻的有效面积增大时，电阻材料的1/f噪声减小。基于此，本实施例提供如下方案：
实施例一
如图1，本发明实施例提供一种低噪声探测器像元，包括衬底和有效元，所述有效元包括桥面层，所述桥面层包括自上而下层设的顶面吸收层11和多层热敏感层12，相邻两层热敏感层12之间通过绝缘层13分隔，各热敏感层12联接形成有效元电阻结构，所述有效元电阻结构的阻值与有效元设计阻值匹配。
上述顶面吸收层11为热吸收材料层，具体采用的热吸收材料为本领域常规技术，此处不作赘述。上述热敏感层12为热敏感材料层，具体采用的热敏感材料为本领域常规技术，此处不作赘述。一般而言，顶面吸收层11、热敏感层12、绝缘层13是接触层叠结构的。
上述绝缘层13可采用普通的绝缘材料；在优选的方案中，至少部分绝缘层13为由热吸收材料制成的中间吸收层，在保证绝缘效果的同时，可进一步提高像元的红外吸收效果。该中间吸收层可采用与顶面吸收层11相同的材料，此处不作详述。
在可选的实施例中，上述桥面层还包括桥面基础14，上述顶面吸收层11、热敏感层12和绝缘层13所形成的多层结构可设于该桥面基础14上；该桥面基础14与传统桥面层中的桥面基础14结构无异，此处不作赘述。
如图，示出了两层热敏感层12的结构方案，当然并不限于该方案，桥面层也可以包括三层或三层以上的热敏感层12。其中，热敏感层12为两层时，该两层热敏感层12串联或并联；热敏感层12为三层或三层以上时，各热敏感层12串联、并联或混联；各热敏感层12之间的联接方式以满足“有效元电阻结构的阻值与有效元设计阻值匹配”这一条件为前提。上述有效元设计阻值为非制冷红外探测器的常规设计参数，“有效元电阻结构的阻值与有效元设计阻值匹配”为有效元电阻结构的阻值与有效元设计阻值相等或接近(差值控制在允许范围内即可)。
进一步地，为便于达到“有效元电阻结构的阻值与有效元设计阻值匹配”的要求，以及便于各热敏感层12的结构设计，至少部分热敏感层12包括同层分布的多个热敏感块121，同层的各热敏感块121相联接以使所述有效元电阻结构的阻值与有效元设计阻值相匹配。其中，同层分布的热敏感块121为两块时，该两块热敏感块121串联或并联；同层分布的热敏感块121为三块或三块以上时，同层的各热敏感块121串联、并联或混联。同层分布的热敏感块121之间可采用间隔分布的方式，或者采用绝缘材料将相邻两个热敏感块121分隔开。
传统的探测器像元，热敏感层12一般为一层；本实施例提供的探测器像元，通过增加热敏感层12数量，在满足探测器设计要求的前提下，可以增大有效元的敏感材料电阻有效面积，从而达到对像元进行降噪的效果，便于制备低噪声非制冷探测器。
实施例二
本发明实施例提供一种低噪声非制冷探测器，包括阵列布置的多个像元，至少部分像元采用上述实施例一所提供的低噪声探测器像元。
显然，当各像元均采用上述低噪声探测器像元时，该非制冷探测器的降噪效果更佳。
实施例三
本发明实施例提供一种降低非制冷探测器噪声的方法，包括：
对非制冷探测器的至少部分像元进行降噪处理，对像元的降噪处理包括增大其有效元的敏感材料电阻有效面积；
和/或，增大盲元的敏感材料电阻有效面积，以对盲元进行降噪处理。
其中，优选地，有效元敏感材料电阻有效面积的增大方法包括：
增加该有效元的热敏感层12数量，其中，相邻两层热敏感层12之间通过绝缘层13分隔，各热敏感层12联接形成有效元电阻结构，所述有效元电阻结构的阻值与有效元设计阻值匹配。显然，可采用上述实施例一所提供的低噪声探测器像元/实施例二所提供的低噪声非制冷探测器来实现上述方法，具体的像元/探测器结构此处不作赘述。
盲元敏感材料电阻有效面积的增大可不受阵列结构限制，即直接增大盲元面积即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (9)
1.一种低噪声探测器像元，包括衬底和有效元，所述有效元包括桥面层，其特征在于：所述桥面层包括自上而下层设的顶面吸收层和多层热敏感层，相邻两层热敏感层之间通过绝缘层分隔，各热敏感层联接形成有效元电阻结构，所述有效元电阻结构的阻值与有效元设计阻值匹配。
2.如权利要求1所述的低噪声探测器像元，其特征在于：至少部分热敏感层包括同层分布的多个热敏感块，同层的各热敏感块相联接以使所述有效元电阻结构的阻值与有效元设计阻值相匹配。
3.如权利要求2所述的低噪声探测器像元，其特征在于：同层分布的热敏感块为两块时，该两块热敏感块串联或并联；同层分布的热敏感块为三块或三块以上时，同层的各热敏感块串联、并联或混联。
4.如权利要求1所述的低噪声探测器像元，其特征在于：热敏感层为两层时，该两层热敏感层串联或并联；热敏感层为三层或三层以上时，各热敏感层串联、并联或混联。
5.如权利要求1所述的低噪声探测器像元，其特征在于：至少部分绝缘层为由热吸收材料制成的中间吸收层。
6.一种低噪声非制冷探测器，包括阵列布置的多个像元，其特征在于：至少部分像元采用如权利要求1至5中任一项所述的低噪声探测器像元。
7.一种降低非制冷探测器噪声的方法，其特征在于，包括：
对非制冷探测器的至少部分像元进行降噪处理，对像元的降噪处理包括增大其有效元的敏感材料电阻有效面积；
和/或，增大盲元的敏感材料电阻有效面积，以对盲元进行降噪处理。
8.如权利要求7所述的降低非制冷探测器噪声的方法，其特征在于，有效元敏感材料电阻有效面积的增大方法包括：
增加该有效元的热敏感层数量，其中，相邻两层热敏感层之间通过绝缘层分隔，各热敏感层联接形成有效元电阻结构，所述有效元电阻结构的阻值与有效元设计阻值匹配。
9.如权利要求8所述的降低非制冷探测器噪声的方法，其特征在于：在所述有效元电阻结构中，至少部分热敏感层包括同层分布的多个热敏感块，同层的各热敏感块相联接以使所述有效元电阻结构的阻值与有效元设计阻值相匹配。
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