CN113363331A - 一种双透镜红外传感器 - Google Patents

Abstract

一种红外传感器，其特征在于该红外传感器包括红外透镜、封装外壳、基板、传感芯片、微透镜阵列、存储芯片和引脚等，其中传感芯片包括感应阵列与信号处理电路，传感阵列中包括感应部分与信号转换与控制部分，感应部分将光信号转化为与温度相关的电信号，感应部分采用使用包含纳米材料作为吸收层的热电堆象元阵列，感应象元阵列上方具有微透镜阵列，微透镜阵列将入射至象元的红外信号聚焦至象元中的红外吸收层，信号处理部分包括可以检测环境温度模块以用于信号比较处理，存储芯片用于存储根据预存储的规则计算的环境温度系数,信号处理与控制部分将电信号处理后，将模数电压转换模块输出的数字电压信号与设定的输出标准数字电压信号之间进行校准与转换。

Description

一种双透镜红外传感器

技术领域

本发明涉及红外探测器领域，尤其涉及一种用于热电堆红外探测器。

背景技术

随着物联网技术的发展，人们生活质量的提升，红外探测器的应用越来越广泛，在热红外探测器中红外热电堆红外探测器由于高灵敏度，低制造成本，占了一定的市场地位。

热电堆工作原理是温差电塞贝克效应，当组成热电偶的两种不同材料构成闭合回路时，两节点之间如果存在温差，就会在环路中产生电压。

目前，热电堆结构普遍采用薄膜结构，以起到良好的隔热效果，即采用大面积红外吸收层（光敏面）增强吸收，热电偶条设置于吸收层中，通过悬臂等结构与衬底其他部分隔离开。现有的热电堆红外探测器尺寸由于需要保持热电偶的足够的长度，以取得两个节点间或者串联起来之后有足够高的电压，并且吸收膜要与冷端保持足够的距离，并且薄膜下方部分需要形成隔热腔，避免所吸收热量快速散失在衬底中，隔热腔的形成一般采用释放牺牲层的工艺完成，有正面释放和背面释放两种主流工艺，其中正面释放热电堆结构工艺的器件存在结构黏附且性能低等缺点，因此采用MEMS技术制作的热电堆红外探测器多采用从硅片背面进行释放,背面释放的隔热腔体贯穿单晶硅至硅衬底底部，同时在热电堆阵列中，在隔热腔周边的硅衬底上需要设置读出电路的接触点、连接至信号处理电路的连接线等，因此需要占用一定的硅片面积。

由于这些隔热腔、悬臂、读出电路等的存在，导致热电堆的填充因子（有效光敏面积对全部像元面积之比）较低。

虽然目前多数热电堆产品多数采用了透镜来扩大红外线进入热电堆芯片以提高响应率，但是在光线照射到感应象元阵列上时，一部分进入热端红外吸收层被吸收，从而产生与冷端的温度差产生电压，一部分通过由于悬臂等结构产生的隔热腔的空隙穿过芯片，无法得到利用，一部分进入包含冷端、读出电路的衬底部分，无法得到利用，反而因为制成衬底的单晶硅对红外光吸收率较低，但是经过CMOS处理的硅会对红外光吸收，产生热量，从而引起噪声和误差。

为了提高入射红外线的有效吸收和利用，本申请采用了在热电堆感应阵列上设置微透镜阵列的方案，微透镜将入射红外光聚焦至热电堆光敏薄膜上，提高红外线吸收并增大热端与冷端的温差，此主透镜+微透镜阵列形成的双透镜系统有效提高了红外光的利用率，提高了响应率。

发明内容

本申请的目的在于避免上述现有技术的不足，通过主透镜+微透镜阵列形成的双透镜系统有效提高红外光的利用率，提高响应率。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

所述红外传感器，包括:红外透镜、封装外壳、基板、探测芯片、存储芯片、金属片和引脚等，探测芯片包括感应阵列、信号处理电路（包含但不限于信号放大器、模数电压转换器、寄存器）等，传感阵列中包括感应部分与控制部分，感应部分将光信号转化为与温度相关的电信号，同时可以检测环境温度以用于信号比较处理，感应部分采用使用包括纳米材料作在内的多层复合膜为吸收层的红外探测芯片，控制部分与存储芯用于存储根据预存储的规则计算环境温度系数、模数电压转换芯片输出的数字电压信号与设定的输出标准数字电压信号之间的校准与转换。

所述热电堆红外探测器的探测芯片，其感应阵列的传感像素包括单晶硅、复合膜层、热电偶层、绝缘介质层、金属图形层、红外吸收层和高反射散热层等，所述复合膜层生长在单晶硅层的上表面，所述热电偶层生长在复合膜层的上面，所述热电偶层由串联的热电偶组成，热电偶材料由重掺杂N型多晶硅与重掺杂P型多晶硅经过结对连接而形成，N型多晶硅与重掺杂P型中间通过铝连接，所述绝缘介质层生长在热电偶层上面，所述金属图形层，形成于所述绝缘介质层上，包括电极及引线等，以将所述p型多晶硅及N型多晶硅电阻块连接形成热电堆，并在中间通过光刻等工艺穿过绝缘层与多晶硅等连接，热电堆层冷端与热端在金属图形层用铝电极与外界连接，所述红外吸收层生长在热电堆的热端的上表面，所述高反射散热层生长在热电堆层的冷端的上表面，所述红外探测器的底部设有凹槽，形成隔热腔体，所述隔热腔体贯穿单晶硅，将复合膜层暴露出，热电堆热电偶层局部位于隔热腔中。

在所述热电堆的感应像素的热端的红外辐射接收区增加高吸收率的红外吸收层和在冷端上增加高反射散热层的方式，提高热电偶冷端与热端的温差，以提高感应电压输出，从而提高了器件灵敏度。

所述微透镜阵列通过光刻胶热熔法与ICPRIE(感应耦合等离子反应离子刻蚀)相结合的方式,在硅衬底上制造，所述微透镜列阵与探测器像元尺寸相匹配,并具有合适的口径、焦距的光学参数，并通过刻蚀、减薄等工艺调整硅衬底厚度使其符合焦距等要求，之后在硅微透镜阵列上镀上锗、硫化锌或者硒化锌组成的多层增透膜，然后对准、键合在热电堆传感阵列上方。

所述透镜、热电堆传感芯片、微透镜阵列芯片和存储芯片等在基板上一体封装

本申请的技术方案优点在于，

（1）在热电堆感应阵列上设置微透镜阵列的方案，微透镜将入射红外光聚焦至热电堆光敏薄膜上，提高红外线吸收并增大热端与冷端的温差，此主透镜+微透镜阵列形成的双透镜系统有效提高了红外光的利用率，提高了响应率。

（2）在热电堆的热端的红外辐射接收区增加高吸收率的红外吸收层和在冷端上增加高反射散热层的方式，提高热电偶冷端与热端的温差，以提高感应电压输出，从而提高了器件灵敏度。

（3）提高了器件的性能，具有易于使用、性价比高的优点。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

附图1为本发明中双透镜红外传感器的结构示意图，附图1中包括：红外透镜101，红外传感阵列102及红外信号处理电路103，封装管帽104，焊线105，存储芯片106，底座107，管脚108和透镜阵列1010。作为示例，所述热电堆红外传感器还包括:底座107;所述热电堆红外传感阵列器102及信号处理电路芯片103，所述微透镜阵列位于传感阵列器102上方，所述存储芯片106均位于所述底座107的上表面，且所述热电堆红外传感阵列器102及信号处理电路芯片103与所述存储芯片106相隔有间距; 所述存储芯片106通过焊线105与信号处理电路103相连，所述管帽104覆盖于所述底座107顶部，且位于所述红外传感器芯片103及所述存储芯片106的外围；所述管帽104的顶部设有通孔;所述红外透镜101固定于所述管帽104上，且完全覆盖所述通孔。

附图2为本申请的红外探测器的传感像素的结构示意图；图中201为单晶硅衬底、202为复合膜层、203为热电偶层、204为绝缘介质层、205为金属图形层、206为红外吸收层，207为高反射散热层，208为隔热腔，2010为读出电路模块，其中203-1为热电偶的重掺杂P型多晶硅，203-2为热电偶的重掺杂N型多晶硅，其中读出电路模块与金属图形层（包括金属电极）连接。

附图3为本申请的红外探测器的传感像素上附加微透镜之后结构示意图，在图2的示意图上标示了微透镜301所处位置与结构，箭头标示了入射红外光的聚焦光路。

附图4为本发明的红外探测器的传感一个实施例中微透镜、红外吸收层和高反射散热层等的俯视示意图，其中401为微透镜位置，406为红外吸收层区域，407为高反射散热层区域，图中其他标号与图2含义相同。

图5为本发明的红外探测器的传感芯片的示意图，图中有多个传感像素，每个像素均通过金属电极与读出电路连接，读出电路部分处于传感像素外，部分处于传感像素之间的间隙中，图中标号与图2，图3、图4含义相同。

图6为制造微透镜阵列背面隔离腔的流程，601为硅衬底，6021为光刻胶，6031为光刻掩膜版，流程详见下述具体实施方式。

图7为制造微透镜阵列的流程，601为硅衬底，6022为光刻胶，6032为光刻掩膜版，流程详见下述具体实施方式。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不再对其进行进一步定义和解释。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

在说明书中对“各种实施方式”、“在实施方式中”、“一个实施方式”或“实施方式”等的引用意为关于实施方式所述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施方式中。因此，短语“在各种实施方式中”、“在一些实施方式中”、“在一个实施方式中”或“在实施方式中”等在整个说明书中的适当地方的出现并不一定都指同一实施方式。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施方式中以任何适当的方式组合。因此，关于一个实施方式示出或描述的特定特征、结构或特性可全部或部分地与一个或多个其它实施方式的特征、结构或特性进行组合，而没有假定这样的组合不是不合逻辑的或无功能的限制。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本发明提供一种集成红外传感器，所述集成红外传感器如附图1 所示，包括：

红外传感器芯片；

微透镜阵列芯片；

存储芯片；

红外透镜；

为了满足实际应用中的封装和连接需求，所述热电堆红外传感器还包括：

管帽，覆盖于所述底座顶部，且位于所述红外传感器芯片及所述存储芯片的外围;所述管帽的顶部设有通孔；

底座;所述红外传感器芯片及所述存储芯片均位于所述底座的上表面，且所述红外传感器芯片与所述存储芯片相隔有间距；

所述红外传感器芯片底部与衬底之间存在金属反光片；

其中红外透镜将固定于所述管帽上，且完全覆盖所述通孔。

芯片间通过焊线连接。

各个部分间连接采用本领域通用的方式即可。

本申请中的红外传感器在封装前，工作人员将测试得到的传感芯片输出的数字电压信号与设定的输出标准电压信号按照预设的规则进行计算，从而得到相应的比值而作为校准系数，并存储在存储芯片中，然后将存储有该校对系数的存储芯片与透镜、传感芯片在线路板上一体封装成型。透镜收集外界的红外信号，聚焦至传感阵列，经过光电转换与放大之后，转化为电压信号，传感芯片处理模块可通过直接调用存储芯片中的校对系数，并根据校对系数与模数电压转换芯片输出的数字电压信号进行校准，从而使得该红外传感器在与相应的接口系统连接后，将校准后的数字电压信号并输出至相应的设备中，以满足不同场景的计算。

所述红外传感芯片部分包含传感阵列，传感阵列为m行X n列，m和n为整数，共m个阵列，其中每一行有n个像素。像素输出为电压信号，约为微伏量级（μV），在一个优选的实施例中，m=16，n=16，a=4。

所述传感像素采用热电堆MEMS结构，每个像素与读出电路（包括信号处理电路）电连接。

所述的每个红外探测像素包括单晶硅、复合膜层、热电偶层、绝缘介质层、金属图形层、红外吸收层和高反射散热层等。

所述热电堆红外探测像素的工作原理为：复合介质膜202的悬空敏感面和其上的红外吸收层206吸收热量，与器件其他部分形成温度梯度，将悬空敏感面的部分视为热电堆的热端，硅衬底201看成是热电堆的冷端，这样，入射热量的强弱可通过热电堆输出电压的大小直接测量，为了提高敏感面的吸热率，确保输出信号的灵敏度，可以在敏感面上表面增加红外吸收层206，在硅衬底上附加了高反射散热层207，提高了冷热端差异，达到了充分吸收热量和提高强度的作用，增加了信号的灵敏度。

所述复合膜层生长在单晶硅层的上表面，复合介质膜由单层或多层的氧化硅和氮化硅复合而成，所述复合介质膜202可采用热氧化、低压力化学气相淀积(LPCVD)、等离子体增强化学的气相沉积法（PECVD）等方法形成，复合膜的形状可以通过光刻工艺成形。

所述热电偶层生长在复合膜层的上面，所述热电偶层由串联的热电偶组成，热电偶材料由重掺杂N型多晶硅与重掺杂P型多晶硅经过结对连接而形成，多晶硅的厚度为1-10μm，线宽为1-20μm之间，相邻的N型多晶硅与P型多晶硅之间的距离为大于1μm，多个N型多晶硅与重掺杂P型中间通过铝连接。

所述热电偶层可以采用CMOS标准的硅沉积工艺例如低压力化学气相沉积法LPCVD法等进行，然后采用离子注入的方法对多晶硅薄膜进行掺杂;采用感应光刻、耦合等离子体刻蚀(ICP)、反应离子腐蚀技术（RIE）、湿法刻蚀等工艺对所述多晶硅薄膜进行图形化。

所述绝缘介质层生长在热电偶层上面，绝缘介质层的材料包括氧化硅、氮化硅的一种或两种，所述绝缘介质层可采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)等工艺形成。

所述金属图形层，形成于所述绝缘介质层上，包括电极及引线，以将所述p型多晶硅及N型多晶硅电阻块连接形成热电堆，中间通过光刻等工艺穿过绝缘层与多晶硅等连接，热电堆层冷端与热端在金属图形层用铝电极与外界连接，所述金属层选用具备良好导电性金属，包括但不限于铝、银、金、钛、钨、铂中的一种或多种，所述金属图形层可以采用磁控溅射、电子束蒸发、剥离工艺或电镀工艺形成并采用光刻等工艺图形化形成。

所述红外吸收层生长在热电堆的热端的上表面，采用金属纳米材料沉积而成。与仅使用复合膜层作为吸收层的情况相比，纳米粒子例如金纳米棒通过表面等离子谐振效应可以对红外光具有高吸收率，并且可以在几十皮秒内将它们的晶格热耗散到导电层。因此具有更好的吸收率和更快的热响应时间，该层由受控密度的对准或随机取向纳米粒子层组成，可以通过喷涂、印刷、旋涂等方式沉积纳米粒子层，可以通过微流控等方式控制纳米粒子的对准。

所述高反射散热层生长在热电堆层的冷端的上表面，高反射散热层可以由单层金属或单层金属和保护膜构成，也可以由在金属膜上生长多层介质膜形成金属电介质膜系高反射层。具有合适红外线反射性的金属可以被用作红外线反射器，优选地，这些金属材料包括但是不限于铝、金或金铬合金等，金材料性质稳定，不与碱溶液反应，简化了后续工艺，而铝材料具有与CMOS更好的工艺兼容性，高反射散热层中的金属层一方面能对红外辐射进行反射，另一方面还具有良好的导热、散热作用，所述高反射散热层各层均可以采用半导体集成电路蒸发成膜、沉积成膜、光刻成型等工艺制造。

在传感阵列外缘镀键合框，以便于与微透镜衬底键合。在一个实施例中，该键合框由0.5微米的金和50纳米的钛钨Ti/W合金组成。

所述探测像素的底部设有凹槽，形成隔热腔体，所述隔热腔体208贯穿所述硅衬底201,暴露出部分所述复合介质膜202,形成悬空膜敏感结构，复合膜层、热电堆层局部位于隔热腔中，所述隔热腔体可以通过在硅衬底201背面形成释放窗口，通过所述释放窗口对所述硅衬底201从背面进行刻蚀、释放得到，可以采用深反应离子刻蚀(DRIE)等干法刻蚀或者各向异性湿法腐蚀、各向同性湿法腐蚀等工艺释放。

优选地，所述单晶硅为双抛单晶硅片，在一个实施例中，厚度为400μm，晶向<100>。

优选地，所述复合介质膜202由单层或多层低应力氧化硅和氮化硅复合而成，厚度可以为l-10μm。在一个实施例中，所述复合介质膜202由低应力氧化硅/氮化硅双层膜复合而成，厚度为3μm。

优选地，所述红外吸收层采用金属纳米材料沉积而成，在一个实施例中，层的厚度为50nm-1μm之间。

优选地，在一个实施例中，高反射散热层的厚度取70-100nm，金属反射层的厚度在该范围内就可以阻挡入射的红外辐射。

优选地，所述绝缘介质层204的材料包括氧化硅、氮化硅的一种或两种，在一个实施例中，所述绝缘介质层204采用厚度为0.1μm的氧化硅。

优选地，在一个实施例中，所述金属图层205采用铝。

优选地，所述隔热腔体208可以具有矩形截面。

需要说明的是，所述P型多晶硅电阻块203-1及N型多晶硅电阻块203-2通过金属引线连接成热电偶，多个热电偶串联形成热电堆结构，所述多晶硅热电偶的个数至少为1，在一个实施例中，所述多热电偶的个数为2或16，热电偶形状可以根据需要进行调整，图2和图3分别示出了本实施例提供的热电偶数量和形状不同的两种热电堆传感器。

纳米粒子的通过表面等离子体共振效应会引起其对可见与近红外波段特定波长光的散射和吸收。因此可以以其较低的光热能量损失和在近红外波段极强的场增强效应，敏感地探测到红外辐射，由于纳米材料的高红外吸收率，可以减少热电偶层的面积和厚度，以达到提高热响应速度、降低成本等目的。

所述热电堆阵列与读出电路单元的集成、读出电路单元等为现有技术，在此不赘述。

所述微透镜列阵与探测器像元尺寸相匹配。

所述微透镜阵列使用的硅晶圆采取区熔硅单晶(FZ-Si)工艺制成，悬浮区熔法形成的单晶在 1--16um的红外波段透射率非常高。

通过光刻胶热熔法与ICPRIE(感应耦合等离子反应离子刻蚀)相结合的方式,实现在硅衬底上批量制造微透镜阵列，可以通过多层涂胶的方式及合适的升温热熔工艺，获得适合口径、焦距的透镜阵列，通过控制ICPRIE的胶与硅的刻蚀选择比达到约1∶1,将光刻胶曲率准确地转移到硅衬底。

制造微透镜阵列流程如图6，图7所示，首先根据红外感应象元列阵的规模制备相应的背面隔离腔光刻掩模版6031，在硅衬底601上进行光刻胶6021涂胶，通过光刻机将隔离腔边缘图形转移到硅衬底光刻胶层上进行曝光、显影等常规的光刻工序，结合二氧化硅溅射工艺，形成二氧化硅604隔离腔边缘图形，然后通过氢氧化钾(KOH)腐蚀液各向异性硅腐蚀工艺形成隔离腔，然后通过缓冲氧化物刻蚀液BOE（Buffered Oxide Etch），再溅射形成键合材料点605，以便于与传感阵列衬底键合。在一个实施例中，该键合点由0.5微米的金和50纳米的钛钨Ti/W合金组成。

然后根据红外感应象元列阵的规模制备相应的微透镜列阵光刻掩模版6032，在硅衬底上进行光刻胶涂胶6021，再通过双面对准光刻机将光刻掩模版的微透镜列阵图形转移到硅衬底601光刻胶层上进行曝光、显影和坚膜等常规的光刻工序，经过曝光之后形成圆柱形，通过热熔形成凸透镜形状，因为加热的方式可以使图形化后的光刻胶熔化流动，由于表面张力形成球面形状，最后通过等离子体组合刻蚀方法，向下腐蚀，将光刻胶曲率准确地转移到硅衬底，从而在衬底上形成微透镜列阵。

在一个实施例中，采用了2.5℃/min的速率从115℃升温至130℃的热熔工艺。

为了保证微透镜对红外光的汇聚效果，在硅微透镜阵列上镀上锗、硫化锌或者硒化锌组成的多层增透膜。

在一个实施例中，该微透镜阵列可以通过纳米压印的技术由透红外的聚合物材料制成。

该透镜通过键合方式置于传感阵列之上，隔离腔位于传感阵列之上，以达到隔热效果。

此系统由于微透镜光学系统在封装过程中引起的偏移造成的误差将在后期进行校准。

此系统由于双透镜光学系统引起的最终成像畸变，讲通过信号处理算法进行矫正。

在本申请的一个实施例中，存储芯片是采用带电可擦可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable read only memory，EEPROM)，在一个应用实例中，对外接口采用的是I2C数字接口。

在本申请的一个实施例中，采用的主透镜是硅透镜。

在本申请的一个实施例中，采用的主透镜是锗透镜。

红外透镜的结构与视场角可以根据需要调整，在一个应用实例中，红外透镜的视场角为6°╳ 6°，在一个应用实例中，红外透镜的视场角为110°╳ 110°，在一个应用实例中，红外透镜的视场角为270°╳ 270°。

其他封装、连接等技术细节采用本领域通用现有技术，在此不赘述。

综上所述，本申请提供一种红外传感器，红外传感器包括:包括:红外透镜、封装外壳、基板、传感芯片、微透镜阵列、存储芯片和引脚等，传感芯片包括感应阵列和信号处理器，传感阵列中包括感应部分与参考控制部分，参考控制部分可以检测环境温度以用于信号比较处理，与存储芯用于存储根据预存储的规则计算环境温度系数、模数电压转换芯片输出的数字电压信号与设定的输出标准数字电压信号之间的校准与转换。其中红外探测器传感阵列采用CMOS标准工艺及MEMS技术制造，可以具有体积小、响应速度快等优点，同时增大热电堆热端和冷端的温差，从而利于实现热信号的精确测量，同时由于纳米材料的高红外吸收率，可以减少热电偶层的面积和厚度，以达到提高热响应速度、降低成本等目的, 感应部分采用使用包含纳米材料作为吸收层的热电堆象元阵列，感应象元阵列上方具有微透镜阵列，微透镜阵列将入射至象元的红外信号聚焦至象元中的红外吸收层, 从而提高响应率，提高热电堆性能, 所述透镜、热电堆传感芯片和存储芯片等在基板上一体封装，提高了器件的可靠性，具有易于使用、性价比高的优点。

以上公开的本申请优选实施例只是用于帮助阐述本申请。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该申请的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本申请的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本申请，本申请仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种红外传感器，其特征在于该红外传感器包括主红外透镜和微透镜阵列双重透镜，以及封装外壳、基板、传感芯片、存储芯片和引脚等，其中传感芯片包括感应阵列与信号处理电路，传感阵列中包括感应部分与信号转换与控制部分，感应部分将光信号转化为与温度相关的电信号，感应部分采用使用包含纳米材料作为吸收层的热电堆象元阵列，感应象元阵列上方具有微透镜阵列，微透镜阵列将入射至象元的红外信号聚焦至象元中的红外吸收层，信号处理部分包括可以检测环境温度模块以用于信号比较处理，存储芯片用于存储根据预存储的规则计算的环境温度系数, 信号处理与控制部分将电信号处理后，将模数电压转换模块输出的数字电压信号与设定的输出标准数字电压信号之间进行校准与转换。

2.权利要求1所述热电堆红外探测器的探测芯片，其特征在于芯片的感应阵列的传感像素包括单晶硅、复合膜层、热电偶层、绝缘介质层、金属图形层、红外吸收层和高反射散热层等，所述复合膜层生长在单晶硅层的上表面，所述热电偶层生长在复合膜层的上面，所述热电偶层由串联的热电偶组成，热电偶材料由重掺杂N型多晶硅与重掺杂P型多晶硅经过结对连接而形成，N型多晶硅与重掺杂P型中间通过铝连接，所述绝缘介质层生长在热电偶层上面，所述金属图形层，形成于所述绝缘介质层上，包括电极及引线等，以将所述p型多晶硅及N型多晶硅电阻块连接形成热电堆，并在中间通过光刻等工艺穿过绝缘层与多晶硅等连接，热电堆层冷端与热端在金属图形层用铝电极与外界连接，所述红外吸收层生长在热电堆的热端的上表面，所述高反射散热层生长在热电堆层的冷端的上表面，所述传感阵列上具有键合框，所述红外探测器的底部设有凹槽，形成隔热腔体，所述隔热腔体贯穿单晶硅，将复合膜层暴露出，热电堆热电偶层局部位于隔热腔中。

3.权利要求1所述微透镜阵列，其特征在于所述微透镜列阵与探测器像元尺寸相匹配,并在微透镜上具有锗、硫化锌或者硒化锌组成的多层增透膜,所述微透镜阵列可以通过光刻胶热熔法与ICPRIE(感应耦合等离子反应离子刻蚀)相结合的方式,在硅衬底上制造，所述微透镜列阵与探测器像元尺寸相匹配,并具有合适的口径、焦距的光学参数，并通过刻蚀、减薄等工艺调整硅衬底厚度使其符合焦距等要求，之后在硅微透镜阵列上镀上锗、硫化锌或者硒化锌组成的多层增透膜，所述微透镜芯片背面具有光刻、刻蚀等工艺形成的隔离腔，隔离腔边缘具有合适的键合材料，用以对准、键合在热电堆传感阵列上方。

4.权利要求1所述热电堆红外探测器的探测芯片，其特征在与所述热电堆的感应像素的热端的红外辐射接收区增加高吸收率的红外吸收层和在冷端上增加高反射散热层的方式，提高热电偶冷端与热端的温差，以提高感应电压输出，从而提高了器件灵敏度。

5.权利要求1所述红外传感器，其特征在于所述透镜、热电堆传感芯片、微透镜阵列和存储芯片等在基板上一体封装。

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