CN1186247C - 碳纳米管薄膜微机械红外探测器 - Google Patents
碳纳米管薄膜微机械红外探测器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1186247C CN1186247C CNB021144346A CN02114434A CN1186247C CN 1186247 C CN1186247 C CN 1186247C CN B021144346 A CNB021144346 A CN B021144346A CN 02114434 A CN02114434 A CN 02114434A CN 1186247 C CN1186247 C CN 1186247C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon nano
- tube film
- infrared detector
- base material
- micro
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
本发明公开了一种结构简单，具有极高的分辨率和宽光谱响应范围，灵敏度高，成本低，工艺简单的碳纳米管薄膜微机械红外探测器，包括一基座和基底材料，基座和基底材料构成微机械；在基底材料的上表面生长有碳纳米管薄膜，在基底材料的下表面刻有拾取电路；作为光辐射吸收材料，由于碳纳米管薄膜对红外辐射的吸收系数η可达0.98，从而使其具有高的灵敏度和小的噪声等效功率，以提高该类探测器的探测能力。微机械谐振器通过MEMS加工工艺制成，可进行批量生产，从而降低器件的成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种红外探测器，特别涉及一种在一定材料的基底上制作微机械，并在其上生长碳纳米管薄膜的碳纳米管薄膜微机械红外探测器。
背景技术
红外探测在现代科学中起着重要作用，各种红外探测器广泛应用于成像、跟踪、制导、侦察、预警、遥感、弱信号探测、辐射测量、自动控制和激光探测等许多方面。
由于探测机理的不同，红外探测器目前主要有两大类：光子探测器和热探测器。常见的光子探测器有光电子发射探测器、光电导探测器、光伏探测器、光磁电探测器等。常见的热探测器有热敏电阻测辐射热器、测辐射热电偶和热电堆、气动探测器、热释电探测器等。热释电探测器是根据热释电效应工作的一类新型红外探测器。与光子探测器相比，热释电探测器光谱响应宽；与热电阻、热电偶和热电堆等构成的热探测器相比其频响快，具有可从十几赫兹低频到上千赫兹高频的很宽频率响应特性，甚至可以制成响应时间小于微秒级的快速热释电探测器。通常它与场效应晶体管阻抗变换器组装在一起，其结构如图1所示。其中101为探测器，102为场效应晶体管，103为源极电阻，输出信号由源极电阻103两端引出。104和105分别为场效应晶体管阻抗变换器的输入电阻和输入电容。
热释电探测器的缺点在于：1、由于受材料限制灵敏度较低。2、体积较大。3、在较高频率下，由于介电损耗随频率上升而增加，远不能达到理想的性能。4、成本较高。
发明内容
根据上述现有技术部分存在的缺陷或不足，本发明的目的是提供一种结构简单，具有极高的分辨率和宽光谱响应范围，灵敏度高，成本低，工艺简单的碳纳米管薄膜微机械红外探测器。
为了实现上述目的，本发明的设计机理是：微机械谐振器在光辐射照射时出现热挠曲，其力学结构固有振荡频率fo(或角频率Wo＝2πfo)发生变化，通过测量热挠曲(静态)或测量fo(动态)实现对辐射光强的探测。
所采用的技术方案是：碳纳米管薄膜微机械红外探测器，其特征在于：包括一基座4和基底材料1，基座和基底材料构成微机械；在基底材料1的上表面生长有碳纳米管薄膜，在基底材料1的下表面刻有拾取电路3；
微机械是指微谐振器件，是微悬臂粱或微桥或微膜；
微机械谐振器还包括有辐射窗口5、电源6、电源连线7和电源连线8以及输出信号连线9、输出信号连线10；
拾取方法是电拾取或光拾取，电拾取是利用硅的压阻效应，在微机械上制作压敏电阻，与设计的检测电路相连，通过器件谐振时压敏电阻的阻值变化来测试器件的谐振特性；光拾取是利用光纤传感器技术实现微机械谐振器的振动测量。
本发明的其他一些特点是，所述基底材料选用硅或二氧化硅或氮化硅半导体材料。
所述碳纳米管薄膜2，通过催化热解法、CVD法直接生长于基底上，或通过电泳、涂敷、印刷移植法成形于基底上。
所述拾取电路3是利用硅的压阻效应，将四个压敏电阻连接成惠斯通电桥形式。
由于在基底材料上生长一层碳纳米管薄膜作为光辐射吸收材料，碳纳米管薄膜对红外辐射的吸收系数η可达0.98，从而使其具有高的灵敏度和小的噪声等效功率，以提高该类探测器的探测能力。
微机械通过MEMS加工工艺制成，可进行批量生产，从而降低器件的成本。
附图说明
图1热释电探测器原理示意图；
图2本发明一个实施例的基底材料上生长碳纳米管薄膜和拾取电路的结构图；
图3本发明一个实施例的碳纳米管薄膜硅微悬臂梁红外探测器整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但并不限于该实施例。
实施例：参见图2、图3，图2是基底材料上生长碳纳米管薄膜和拾取电路的结构图，包括半导体基底材料1，和基底材料1上表面生长的碳纳米管薄膜2，以及下表面制作有拾取电路3。图3是碳纳米管薄膜硅微悬臂梁红外探测器整体结构示意图，它包括基座4、辐射窗口5、电源6、电源连线7和电源连线8以及输出信号连线9、输出信号连线10；
微机械是指机械谐振器件，是微悬臂梁或微桥或微膜(方膜或圆膜)。
拾取方法是电拾取或光拾取，电拾取是利用硅的压阻效应，在微机械谐振器上制作压敏电阻，与设计的检测电路相连，通过器件谐振时压敏电阻的阻值变化来测试器件的谐振特性；光拾取是利用光纤传感器技术实现微谐振器的振动测量。
本发明按照下述常规工艺制备
1、微悬臂梁的制作
微悬臂梁是将半导体材料如硅、二氧化硅、氮化硅等为基底材料1，加工成微悬臂梁谐振器结构，本实施例中基底材料选用硅。当然，二氧化硅、氮化硅等都能作为基底材料实现微悬臂梁结构或微桥和微膜(方膜或圆膜)结构。
2、拾取电路3的制作
拾取电路是利用硅的压阻效应，将四个压敏电阻连接成惠斯通电桥形式。本实施例用半导体材料硅正面扩硼形成压敏电阻，利用铝连线版反刻铝，形成金属连线，利用金丝球型压焊的方法引出连线。
3、碳纳米管薄膜2的制备
对前述步骤中的硅基底材料的另一表面进行清洗处理，分别用丙酮、酒精、去离子水进行超声波清洗，然后，可以利用许多方法生长碳纳米管。如催化热解法、CVD法直接生长于基底材料上，也可以通过电泳、涂敷、印刷等移植法成形于基底材料上。
4、仪器装配
在完成上述步骤后，就获得了碳纳米管薄膜硅微悬臂梁红外探测器，如图3所示，便可进行红外探测。
Claims (4)
1、一种碳纳米管薄膜微机械红外探测器，包括一基座(4)和基底材料(1)其特征在于，基座(4)和基底材料(1)构成微机械；在基底材料(1)的上表面生长有碳纳米管薄膜(2)，在基底材料(1)的下表面刻有拾取电路(3)；
微机械是指微谐振器件，是微悬臂粱或微桥或微膜；
微机械谐振器还包括有辐射窗口(5)、电源(6)、电源连线(7)和电源连线(8)以及输出信号连线(9)、输出信号连线(10)；
拾取方法是电拾取或光拾取，电拾取是利用硅的压阻效应，在微机械上制作压敏电阻，与设计的检测电路相连，通过器件谐振时压敏电阻的阻值变化来测试器件的谐振特性；光拾取是利用光纤传感器技术实现微谐振器的振动测量。
2、根据权利要求1所述碳纳米管薄膜微机械红外探测器，其特征在于：所述基底材料(1)选用硅或二氧化硅或氮化硅半导体材料。
3、根据权利要求1所述碳纳米管薄膜微机械红外探测器，其特征在于：所述碳纳米管薄膜(2)通过催化热解法、CVD法直接生长于基底上，或通过电泳、涂敷、印刷移植法成形于基底上。
4、根据权利要求1所述碳纳米管薄膜微机械红外探测器，其特征在于：所述拾取电路(3)是利用硅的压阻效应，将四个压敏电阻连接成惠斯通电桥形式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB021144346A CN1186247C (zh) | 2002-02-05 | 2002-02-05 | 碳纳米管薄膜微机械红外探测器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB021144346A CN1186247C (zh) | 2002-02-05 | 2002-02-05 | 碳纳米管薄膜微机械红外探测器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1385359A CN1385359A (zh) | 2002-12-18 |
| CN1186247C true CN1186247C (zh) | 2005-01-26 |
Family
ID=4743095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB021144346A Expired - Fee Related CN1186247C (zh) | 2002-02-05 | 2002-02-05 | 碳纳米管薄膜微机械红外探测器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1186247C (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101581601B (zh) * | 2003-08-20 | 2011-05-25 | 台达电子工业股份有限公司 | 微机械结构的检测方法、微机电组件及其微检测结构 |
| CN100448771C (zh) * | 2005-11-02 | 2009-01-07 | 北京大学 | 一种预测微结构力学特性的方法 |
| CN100425524C (zh) * | 2006-01-13 | 2008-10-15 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 硅微机械悬臂梁驱动结构、制作方法及应用 |
| CN101656298B (zh) * | 2008-08-19 | 2012-06-13 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 红外探测器 |
| TWI427277B (zh) * | 2008-08-29 | 2014-02-21 | Hon Hai Prec Ind Co Ltd | 紅外探測器 |
| CN101439841B (zh) * | 2008-12-25 | 2011-07-27 | 中国传媒大学 | 一种非制冷红外图像传感器芯片及其制备方法 |
| US10403674B2 (en) * | 2017-07-12 | 2019-09-03 | Meridian Innovation Pte Ltd | Scalable thermoelectric-based infrared detector |
| CN111157149A (zh) * | 2020-01-03 | 2020-05-15 | 天津大学 | 一种基于微悬臂梁共振激发的光压力值测量装置及方法 |
-
2002
- 2002-02-05 CN CNB021144346A patent/CN1186247C/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1385359A (zh) | 2002-12-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gong et al. | High-sensitivity Fabry-Perot interferometric acoustic sensor for low-frequency acoustic pressure detections | |
| US7441447B2 (en) | Methods of imaging in probe microscopy | |
| Wang et al. | Extrinsic Fabry–Pérot underwater acoustic sensor based on micromachined center-embossed diaphragm | |
| US6031944A (en) | High temperature resonant integrated microstructure sensor | |
| CN1186247C (zh) | 碳纳米管薄膜微机械红外探测器 | |
| CN1047663C (zh) | 以扫描法布里珀罗共振器作为传感部分元件的光学压力传感器 | |
| NL2027244B1 (en) | A graphene membrane optical fiber f-p resonator with photothermal stress regulation and control, manufacturing method thereof | |
| CN106017756A (zh) | 一种基于亚微米超平滑金属薄膜的高灵敏fp压力传感器 | |
| CN101341388A (zh) | 包括悬臂的光学装置及其制造和使用方法 | |
| CN101782594B (zh) | 基于光子晶体微腔的悬臂梁式加速度计 | |
| Chen et al. | Sensitivity enhancement of fiber-optic accelerometers using thin-cladding fiber Bragg gratings | |
| CN103134636A (zh) | 光纤谐振子真空传感器 | |
| CN105241795B (zh) | 一种大气颗粒浓度的检测装置及检测方法 | |
| CN2697611Y (zh) | 碳纳米管压阻热敏式红外探测器 | |
| Beeby et al. | Silicon micromechanical resonator with thick-film printed vibration excitation and detection mechanisms | |
| Ruppert et al. | Design of hybrid piezoelectric/piezoresistive cantilevers for dynamic-mode atomic force microscopy | |
| CN204944974U (zh) | 一种空气颗粒的检测装置 | |
| WO2013036377A1 (en) | Sensor for law force-noise detection in liquids | |
| Doyle et al. | Two-axis optical fiber accelerometer | |
| CN1834616A (zh) | 一种品质因数可控的切变力检测控制装置 | |
| CN1945662A (zh) | 动态传感实验仪 | |
| CN1405547A (zh) | 切变力检测器 | |
| Ren et al. | A micro resonant pressure sensor with adjustable quality factor | |
| JPH0989911A (ja) | 連成オシレータ走査イメージャー | |
| Wen et al. | A novel optical fiber reflective read out microcantilever biosensor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20050126 Termination date: 20100205 |