CN203883014U - 一种基于红外滤波的红外双色探测器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于红外滤波的红外双色探测器，主要包括红外探测器芯片和两套红外滤光及增透薄膜，其特征在于：两套红外滤光及增透薄膜交错排列在红外探测器芯片的红外辐射入射面上，并与红外探测器芯片的敏感像元一一对应，且两套红外滤光及增透薄膜透过红外光为两个不同波段，所述的红外探测器芯片的相邻两个敏感像元对两个不同波段的红外光能同时响应和成像。本实用新型通过交错排列的红外滤光增透薄膜，相邻的红外敏感像元可以吸收不同波段的红外辐射并产生响应，实现了两个波段同时的红外双色成像。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于红外滤波技术的同时工作模式的新型红外双色探测器。
背景技术
随着红外技术的不断发展,先进的红外系统要求探测器具有更高的探测识别能力、具备双/多色同时探测能力、更加智能化,因此三代红外焦平面探测器的主要标志是:双/多色探测、超大规模凝视面阵、低成本制备等。其中,双/多色是三代器件的主要发展方向。
双色红外探测器是三代红外探测器发展方向之一,能对双波段辐射信息进行处理,大大提高了系统抗干扰和目标识别能力,应用于导弹预警、红外侦察、成像制导等多种领域。国际上欧美等国家起步较早,于20世纪80年代末研制出双波段探测器,并很快应用于武器系统。早期双色结构多为镶嵌式,随着探测器技术向更大规模焦平面阵列(FPA)方向发展,也要求双色器件实现大阵列、焦平面结构以及数字化。当与先进的多色信息处理算法相结合时,双色红外探测器与单色探测器相比可以进一步提高探测灵敏度。
传统的双色红外探测器有两种结构：顺序模式结构和同时模式结构。顺序模式结构工艺较为容易，与现有读出电路技术兼容，但是两个波段串扰大，图像不是严格的时间同时；同时模式结构可以对双波段实现时间上同时和空间上同步的探测，但是工艺结构复杂，读出电路设计困难，下面一个波段的填充因子较低。
发明内容
本实用新型的目的是提出一种基于红外滤波的红外双色探测器，避开复杂的材料芯片加工技术，通过红外滤光薄膜制备技术实现不同像元对不同波段红外辐射的选择，从而得到两个波段的红外图像。
本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：
一种基于红外滤波的红外双色探测器，主要包括红外探测器芯片和两套红外滤光及增透薄膜，其特征在于：两套红外滤光及增透薄膜交错排列在红外探测器芯片的红外辐射入射面上，并与红外探测器芯片的敏感像元一一对应，且两套红外滤光及增透薄膜透过红外光为两个不同波段，所述的红外探测器芯片的相邻两个敏感像元对两个不同波段的红外光能同时响应和成像。
所述的红外探测器芯片采用常用的背入射单色红外探测器芯片工艺制备而成，制备红外探测器芯片的材料为响应光谱为宽波段响应，且包括所述两套红外滤光及增透薄膜透过的两个波段。
所述的红外滤光及增透薄膜通过常用的双面对准光刻、物理气相沉积或等离子体刻蚀方式制备两套交错的结构在红外探测器芯片的红外辐射入射面。
红外探测器芯片1的敏感像元4可以对宽波段的红外辐射5产生响应；两套红外滤光及增透薄膜（2、3）可以对红外辐射进行滤波，只能透过相应波段的红外辐射，并对其有增透效果，通过改变两套红外滤波及增透薄膜（2、3）的结构设计，可以调整相应像元的响应红外波段（6、7）。二者集成的结果是只有对应的红外波段辐射（6、7）能够通过相应的红外滤光及增透薄膜（2、3），被红外探测器芯片1的敏感像元4吸收并响应。由于在红外探测器芯片1背面有两套交错排列的红外滤光及增透薄膜（2、3），相邻的敏感像元4分别同时吸收两个波段的红外辐射（6、7），通过读出处理电路提取出两个波段的红外图像，实现同时读出的双色红外探测器。
本实用新型的基于红外滤波的红外双色探测器，所述的红外探测器芯片为具备较宽波段的红外探测器，工作波段在短波、中波或长波皆可。短波波段的红外探测器包括但不限于Si探测器、InGaAs探测器和HgCdTe探测器，中波波段的红外探测器包括但不限于InSb探测器、HgCdTe探测器和量子阱探测器，长波波段的红外探测器包括但不限于HgCdTe探测器、量子阱探测器和微测辐射热计。
本实用新型制备工艺设计可调且高度集成，可优化为与红外探测器工艺完全兼容。本实用新型通过交错排列的红外滤光及增透薄膜，相邻的红外敏感像元可以吸收不同波段的红外辐射并产生响应，实现了两个波段同时的红外双色成像。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的一种红外滤光及增透薄膜的结构示意图；
图3为本实用新型的红外滤光及增透薄膜的工艺制备步骤示意图；
其中1、红外探测器芯片，2、波段Ⅰ的红外滤光及增透薄膜，3、波段Ⅱ的红外滤光及增透薄膜，4、红外探测器敏感像元，5、目标场景含有多个波段的红外辐射，6、透过红外滤光及增透薄膜波段Ⅱ的红外辐射，7、透过红外滤光及增透薄膜波段Ⅰ的红外辐射，8、第一种折射率的红外光学材料（如锗），9、第二种折射率的红外光学光学（如氧化硅），10、红外探测器芯片衬底材料，11为光刻胶。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步的详细描述。
如图1所示，本实用新型主要包括红外探测器芯片1和两套红外滤光及增透薄膜（2,3），其特征在于：两套红外滤光及增透薄膜（2,3）交错排列在红外探测器芯片1的红外辐射入射面上，并与红外探测器芯片1的敏感像元4一一对应，且两套红外滤光及增透薄膜（2,3）透过红外光为两个不同波段（6,7），所述的红外探测器芯片1的相邻两个敏感像元4对两个不同波段（6,7）的红外光能同时响应和成像。
所述的红外探测器芯片采用常用的背入射单色红外探测器芯片工艺制备而成，制备红外探测器芯片的材料为响应光谱为宽波段响应，且包括所述两套红外滤光及增透薄膜透过的两个波段。所述的红外滤光及增透薄膜通过常用的双面对准光刻、物理气相沉积或等离子体刻蚀方式制备两套交错的结构在红外探测器芯片的红外辐射入射面。
红外探测器芯片1的敏感像元4可以对宽波段的红外辐射5产生响应；两套红外滤光及增透薄膜（2、3）可以对红外辐射进行滤波，只能透过相应波段的红外辐射，并对其有增透效果，通过改变两套红外滤波及增透薄膜（2、3）的结构设计，可以调整相应像元的响应红外波段（6、7）。二者集成的结果是只有对应的红外波段辐射（6、7）能够通过相应的红外滤光及增透薄膜（2、3），被红外探测器芯片1的敏感像元4吸收并响应。由于在红外探测器芯片1背面有两套交错排列的红外滤光及增透薄膜（2、3），相邻的敏感像元4分别同时吸收两个波段的红外辐射（6、7），通过读出处理电路提取出两个波段的红外图像，实现同时读出的双色红外探测器。
如图2、图3所示，本实用新型按以下步骤进行制作：
1、按照传统的单色红外器件工艺制备红外探测器芯片1；
2、将红外探测器芯片1背面的衬底材料10减薄到10微米以内；
3、采用光学镀膜机在剩下的衬底材料上蒸镀第一种红外滤波及增透薄膜2，见图3中的a步。该薄膜结构可以根据应用需要的波段范围进行设计。例如：针对中波红外的某个波段，为（150nm Ge+180nm SiO/层）×8层+（180nm Ge+300nm SiO）×8层。
4、采用光刻技术在第一种红外滤波及增透薄膜2上制备光刻胶11图形，见图3中的b步。要求背面的红外薄膜的光刻图形和芯片正面的探测器敏感像元4精密对准，因此采用双面对准的光刻技术。
5、采用等离子体刻蚀技术将光刻的图形复刻到第一种红外滤波及增透薄膜2上。第一种红外滤波及增透薄膜2间隔分别在每个敏感像元4的衬底上，见图3中的c步。
6、重复工艺步骤3～5，将第二种红外滤波及增透薄膜3制备到第一种红外滤波及增透薄膜2的间隔中，见图3中的d步、图3中的e步。
7、清洗并去掉表面残余的光刻胶，得到了两套交错分布的红外滤光及增透薄膜（2、3），相邻的敏感像元（4）对应不同波段（6、7）的红外滤光及增透薄膜（2、3），形成红外双色探测器，见图3中的f步。
Claims (3)
1.一种基于红外滤波的红外双色探测器，主要包括红外探测器芯片和两套红外滤光及增透薄膜，其特征在于：两套红外滤光及增透薄膜交错排列在红外探测器芯片的红外辐射入射面上，并与红外探测器芯片的敏感像元一一对应，且两套红外滤光及增透薄膜透过红外光为两个不同波段，所述的红外探测器芯片的相邻两个敏感像元对两个不同波段的红外光能同时响应和成像。
2.如权利要求1所述的基于红外滤波的红外双色探测器，其特征在于：所述的红外探测器芯片采用常用的背入射单色红外探测器芯片工艺制备而成，制备红外探测器芯片的材料为响应光谱为宽波段响应，且包括所述两套红外滤光及增透薄膜透过的两个波段。
3.如权利要求1所述的基于红外滤波的红外双色探测器，其特征在于：所述的红外滤光及增透薄膜通过常用的双面对准光刻、物理气相沉积或等离子体刻蚀方式制备两套交错的结构在红外探测器芯片的红外辐射入射面。
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