CN206976377U - 一种非制冷红外探测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种非制冷红外探测器，属于红外探测领域。本实用新型包括衬底、支撑薄膜、至少一个半导体热传感部件、一种伞状结构的红外吸收层和隔离层。支撑薄膜覆盖于衬底之上，半导体热传感部件、伞状结构的红外吸收层和隔离层沉积在支撑薄膜上。一种伞状结构的红外吸收层增大了对红外光的吸收面积，并对热电偶或热敏电阻材料起到了遮光作用。伞状结构的红外吸收器、隔离层和支撑薄膜封闭半导体热传感部件所处空间，形成真空，把外界环境对半导体热传感部件的影响降到最低，从而提高探测器的探测灵敏度。

Description

一种非制冷红外探测器

技术领域

本实用新型属于红外探测领域，尤其涉及一种与CMOS工艺兼容的伞状结构的热释电非制冷红外探测器。

背景技术

在红外系统中，红外探测器是最关键的元件之一，利用红外探测原理将红外辐射信号转换为电信号输出。非制冷红外探测器具有以下特点：1）可以在室温下工作，制造成本低；2）对各个波长的红外辐射均有响应；3）检测恒定的辐射量，在恒定的红外辐射量下就会有响应输出。非制冷红外探测器在军事和民用上应用也极其广泛。

随着MEMS技术的不断发展，掀起了与CMOS工艺兼容的红外探测器的研究热潮。目前所设计的非制冷红外探测器，其主要结构特征为红外吸收层为一平面薄膜结构，其四周分布多个半导体热传感部件。这种结构的弊端在于，有效的红外能量吸收面积太小，限制了传感器的灵敏度；另外，半导体热传感部件处于大气环境中，热量容易通过大气的热传导和热对流消失，从而影响探测灵敏度。

因此，如果能克服以上的不足，将极大地有利于提高非制冷红外探测器的性能。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种非制冷红外探测器，该探测器的主要特点是增大红外吸收层的面积，将半导体热传感部件处于真空中，减小了红外光和外界环境对半导体热传感部件性能的影响，提高探测器的探测灵敏度。

本实用新型的基本思想是通过MEMS微加工方法制成。本实用新型的技术路线是：

一种非制冷红外探测器，包括衬底、支撑薄膜、至少一个半导体热传感部件、一种伞状结构的红外吸收层和隔离层。

衬底包含一个空腔。

支撑薄膜覆盖于衬底上，使空腔处于封闭状态，用于支撑半导体热传感部件和红外吸收层。

支撑薄膜表面承载伞状结构的红外吸收层和半导体热传感部件，半导体热传感部件与伞状结构的红外吸收层的底座接触。

伞状结构的红外吸收层、衬底表面和支撑薄膜的俯视形状相同。

隔离层置于支撑薄膜表面的外延，用于支撑伞状结构的红外吸收层，封闭半导体热传感部件所处空间，形成真空。

进一步的，半导体热传感部件为热电偶或热敏电阻。

本实用新型的有益效果是：采用伞状结构的红外吸收层，增大对红外光的吸收面积，并对红外吸收层下方的半导体热传感部件起到了遮光的作用，避免红外光对半导体热传感部件直接作用；半导体热传感部件处于真空中，外界环境对热电偶或热敏电阻的影响降到最低，从而提高探测器的探测率。

附图说明

图1为一种非制冷红外探测器的整体结构示意图。

图2为衬底和支撑薄膜的侧视剖面结构示意图。

图3为衬底、半导体热传感部件、隔离层和伞状结构红外吸收器的剖面结构示意图。

图4为一种采用热电偶的非制冷红外探测器的剖面结构示意图。

图5为一种采用热敏电阻的非制冷红外探测器的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对实用新型做进一步说明。

如图1、图2和图3所示，一种非制冷红外探测器，包括衬底1、支撑薄膜2、一种伞状结构的红外吸收层3、至少一个半导体热传感部件4和隔离层5。

衬底1，其内部包含一个空腔6。衬底1通常采用单晶硅，也可以采用其他高热导率的半导体材料。

支撑薄膜2覆盖于空腔6上方，用于支撑伞状结构的红外吸收层3和半导体热传感部件4。支撑薄膜2的材料采用二氧化硅。

一种伞状结构的红外吸收层3，其底部放置于支撑薄膜2上，通常采用TiN、NiCr、SiN等对红外辐射具有较强吸收率的材料实现。

半导体热传感部件4置于支撑薄膜2上，并与伞状结构的红外吸收层3的底部接触。

隔离层5置于支撑薄膜2的边缘，用来支撑伞状结构的红外吸收层3的边缘。其材料采用二氧化硅。

衬底1内部的空腔6以及支撑薄膜2、伞状结构的红外吸收层3和隔离层5围绕的空腔7均为真空。

半导体热传感部件4为热电偶或热敏电阻，下面通过2个实施例对采用不同类型半导体传感部件4的非制冷红外探测器进行结构描述。

实施例1

采用热电偶8的一种非制冷红外探测器，如图4所示，热电偶8与伞状结构的红外吸收层3底座接触的一端为热端，另一端冷端的下方由支撑薄膜2和衬底1共同支撑。具有高热导率的衬底1能将热电偶8的冷端上的热量及时传递出去，使冷端的温度维持在一个相对低的值，热端和冷端的温差维持在一个相对高的一个值。

实施例2

采用热敏电阻9的一种非制冷红外探测器，如图5所示。热敏电阻9由热敏电阻材料制成，一般采用具有较大电阻温度系数的氧化钒、掺杂非晶硅等半导体材料。热敏电阻9完全由支撑薄膜2支撑。由于支撑薄膜2的热导率仅为1.25 W mK^-1，并且热敏电阻9的上方是真空，所以热敏电阻9的温度变化缓慢，长时间保持温度的特性增强。

上述两个实施例中，多个热电偶8或者多个热敏电阻9通过串联的方式连接。

上面对本实用新型的实施方式做了详细说明。但是实用新型并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (4)

1.一种非制冷红外探测器，其特征在于，包括衬底、支撑薄膜、半导体热传感部件、一种伞状结构的红外吸收层和隔离层；所述支撑薄膜覆盖于衬底上，其表面支撑伞状结构的红外吸收层和至少一个半导体热传感部件；所述半导体热传感部件与伞状结构的红外吸收层的底座接触；所述支撑伞状结构的红外吸收层的隔离层置于支撑薄膜表面的外延。

2.如权利要求1所述的一种非制冷红外探测器，其特征在于，所述衬底包含一个用支撑薄膜覆盖的真空腔。

3.如权利要求1所述的一种非制冷红外探测器，其特征在于，所述半导体热传感部件，其结构包括但不限于热电偶和热敏电阻。

4.如权利要求1所述的一种非制冷红外探测器，其特征在于，所述隔离层、红外吸收层和支撑薄膜封闭半导体热传感部件所处空间，形成真空。