CN221099896U - 可筛选吸收波长的红外探测器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种可筛选吸收波长的红外探测器。包括多个像元,像元包括:衬底;微桥结构,微桥结构支撑设置于衬底的上方,并与衬底构成谐振腔;反射层,反射层设置于衬底表面且位于谐振腔内,用于将目标波长的光反射至微桥结构;陷光结构,陷光结构设置于反射层表面,陷光结构用于吸收非目标波长的光;光学增强结构,光学增强结构设置于微桥结构表面,光学增强结构用于增强微桥结构对目标波长的光的吸收。通过在光学增强结构对目标波长的光进行筛选吸收,节省器件成本,减小体积结构。将非目标波长的光在陷光结构进行吸收,减小非目标波长的光的辐射热导,减小本底噪声,提高探测性能。同时实现对目标波长的光的二次吸收。
Description
技术领域
本实用新型涉及探测器领域,尤其涉及一种可筛选吸收波长的红外探测器。
背景技术
非制冷红外传感器可以实现非接触测温及成像检测,是工农业、物联网、医疗检测、家居生活、辅助驾驶等应用中的重要传感器之一。常用的红外传感器包括热电堆传感器、热释电传感器、以及微测辐射热计焦平面传感器等,其中采用悬空像元微桥制作的微测辐射热计(Microbolometer)逐渐成为主流的非制冷红外传感器技术。
传统的红外微测辐射热计主要采用宽光谱吸收的方式,虽然赋予了器件宽带响应的特点,但同时也引入了不必要的辐射热导而增加本底噪声,从而限制了器件的探测性能。对于某些特定场景来说,需要对特定波长的电磁波进行窄带选择性吸收来提高红外探测器的分辨率。常规的方法是采用在探测器前增加一个可选择透过波长的截止滤光片作为封装窗片结构,阻止非目标波段的电磁波通过,实现波长筛选功能。但是外加的窗片结构会增加探测器的成本和器件体积,同时也会导致对应窗片边缘的探测器像元阵列出现灵敏度下降和图像畸变等问题。
因此,如何在不影响探测器性能及增加成本的前提下,使探测器实现对特定波长的筛选吸收功能是一个亟需解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是,提供一种可筛选吸收波长的红外探测器,对特定波长的光进行筛选吸收,提高红外探测器的极限性能。
为了解决上述问题,本实用新型提供了一种可筛选吸收波长的红外探测器,包括多个像元,所述像元包括:衬底;微桥结构,所述微桥结构支撑设置于所述衬底的上方,并与所述衬底构成谐振腔;反射层,所述反射层设置于所述衬底表面且位于所述谐振腔内,用于将目标波长的光反射至所述微桥结构;陷光结构,所述陷光结构设置于所述反射层表面,所述陷光结构用于吸收非目标波长的光;光学增强结构,所述光学增强结构设置于所述微桥结构表面,所述光学增强结构用于增强所述微桥结构对所述目标波长的光的吸收。
在一些实施例中,所述陷光结构为由第一预设图形按照预设周期排布而成的超构表面微结构。
在一些实施例中,所述第一预设图形为圆柱体、长方体或多边形体中的一种或多种。
在一些实施例中,所述光学增强结构为由第二预设图形按照预设周期排布而成的超构表面微结构。
在一些实施例中,所述光学增强结构还包括衬底,所述衬底设置在所述微桥结构表面;所述第二预设图形设置在所述衬底表面。
在一些实施例中,所述衬底与所述第二预设图形之间设置有至少一层连接层。
在一些实施例中,所述第二预设图形为圆柱、长方体或者多边形体中的一种或多种。
在一些实施例中,所述光学增强结构设置于所述桥面的上表面和/或下表面。
在一些实施例中,所述红外探测器包括至少两个能够吸收不同波长的光的所述像元。
本实用新型通过在微桥结构的桥面表面设置光学增强结构,对入射到微桥结构的目标波长的光进行一次筛选吸收,从而不需要采用增加截止滤光片作为窗片结构,节省器件成本,减小体积结构。此外,在反射层表面设置陷光结构,将非目标波长的光在陷光结构进行吸收,可以减小非目标波长的光的辐射热导,从而减小本底噪声,提高探测性能。同时,将目标波长的光经过反射层反射回微桥结构,从而实现对目标波长的光的二次吸收。
应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本实用新型。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式中的技术方案,下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简要介绍。显而易见地,下面描述中的附图仅是本实用新型的一些具体实施方式,对于本领域的普通技术人员来讲,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是本申请一实施例提供的可筛选吸收波长的红外探测器的像元的剖面示意图;
图2是本申请另一实施例提供的可筛选吸收波长的红外探测器的像元的剖面示意图;
图3是本申请另一实施例提供的可筛选吸收波长的红外探测器的像元的剖面示意图;
图4是本申请一实施例提供的可筛选吸收波长的红外探测器的像元排布图;
图5是本申请一实施例提供的可筛选吸收波长的红外探测器的实施步骤示意图;
图6A~图6C是本申请一实施例中可筛选吸收波长的红外探测器制备过程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请具体实施方式中的附图,对本申请具体实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的具体实施方式仅仅是本申请一部分具体实施方式,而不是全部的具体实施方式。基于本申请中的具体实施方式,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他具体实施方式,都属于本申请保护的范围。
下面首先对本申请具体实施方式所提供的一种可筛选吸收波长的红外探测器进行介绍。
图1是本申请一实施例提供的可筛选吸收波长的红外探测器的像元的剖面示意图。下面请参阅图1,所述可筛选吸收波长的红外探测器的像元包括:衬底1、微桥结构2、反射层3、陷光结构4以及光学增强结构5。
所述微桥结构2支撑设置于所述衬底1的上方,并与所述衬底1构成谐振腔8;所述反射层3设置于所述衬底1表面且位于所述谐振腔8内,用于将目标波长的光反射至所述微桥结构2;所述陷光结构4设置于所述反射层3表面,所述陷光结构4用于吸收非目标波长的光;所述光学增强结构5设置于所述微桥结构2表面,所述光学增强结构5用于增强所述微桥结构2对所述目标波长的光的吸收。
当红外光入射到所述微桥结构2的表面时,所述微桥结构2对目标波长为λ的光进行第一次吸收,所述光学增强结构5通过减小目标波长的光的反射从而达到增强目标波长的光的吸收效果的目的,而后包含未被吸收的所述目标波长为λ的光和所述非目标波长的光进入到所述微桥结构2的下方,并入射到所述反射层3上,此时所述反射层3表面的所述陷光结构4可以将所述非目标波长的光吸收掉,所述反射层3将未被吸收的所述目标波长为λ的光反射回所述微桥结构2,所述反射层3和所述微桥结构2之间形成高度为λ/4的所述谐振腔8,增强对所述目标波长为λ的光的吸收。
本实用新型通过在所述微桥结构2的表面设置所述光学增强结构5,对入射到所述微桥结构2的所述目标波长的光进行一次筛选吸收,从而不需要采用增加截止滤光片作为窗片结构,节省器件成本,减小体积结构。此外,在所述反射层3表面设置所述陷光结构4,将所述非目标波长的光在所述陷光结构4进行吸收,可以减小所述非目标波长的光的辐射热导,从而减小本底噪声,提高探测性能。同时,将所述目标波长的光经过所述反射层3反射回所述微桥结构2,从而实现对所述目标波长的光的二次吸收。
在本实施例中,所述衬底1内设置有驱动电路6,且所述衬底1表面设置有导电基座7,所述导电基座7与所述驱动电路6之间有电连接。所述导电基座2为导电结构,其材料为铝、金、银、以及铜等金属材料中的一种或多种。
所述微桥结构2支撑设置于所述衬底1的上方,并与所述衬底1构成谐振腔8。在本实施例中,所述微桥结构2包括桥墩21、微悬臂梁22、及桥面23。
所述桥墩21包括:介质层211和电极层212。所述桥墩21支撑所述微悬臂梁22及所述桥面23,所述介质层211包覆所述电极层212,所述电极层212连接所述衬底1上的导电基座7,从而与所述驱动电路6实现电连接。
所述桥面23包括:介质层231、电极层232、以及热敏电阻层233。所述介质层231通过所述微悬臂梁22连接至相应的所述桥墩21;所述热敏电阻层233设置于所述电极层232的部分表面,所述热敏电阻层233通过所述电极层232和所述导电基座7与所述驱动电路6实现电连接;所述介质层231包覆所述热敏电阻层233和所述电极层232。
所述微悬臂梁22包括:介质层221和电极层222。所述桥面23的所述介质层231通过所述微悬臂梁22的所述介质层221连接至相应的所述导电基座7。所述桥面23的所述电极层232与所述微悬臂梁22的所述电极层222电连接,以将所述桥面23的所述电极层232连接至所述导电基座7,进而将所述热敏电阻层233连接至所述导电基座7。所述桥面23的所述介质层231与所述微悬臂梁22的所述介质层221与所述桥墩21的所述介质层211为同层结构。
在本实施例中,所述导电基座7的材料为铝、金、银、铜等金属材料中的一种或多种。
所述反射层3设置于所述衬底1表面且位于所述谐振腔8内,用于将所述目标波长的光反射至所述微桥结构2。所述反射层3的材料为铝、金、银、铜等金属材料中的一种或多种。所述反射层3的作用是与所述桥面23形成高度为d的谐振腔8,入射到所述桥面23的光被所述桥面23吸收一部分,其余的光透射到所述反射层3上,所述非目标波长的光被所述反射层3上的所述陷光结构4吸收,所述目标波长的光被所述反射层3反射回所述桥面23,经过所述谐振腔8的作用被所述桥面23吸收。从而达到对所述目标波长的光进行二次吸收的目的,其中,d=λ/4,λ为所述目标波长的光的波长。
所述陷光结构4设置于所述反射层3表面,用于吸收所述非目标波长的光。所述陷光结构4的材料是氧化铝、硫化锌、以及硒化锌等材料中的一种或多种,不同材料对应的吸收波长也不同。所述陷光结构4为由第一预设图形按照预设周期排布而成的超构表面微结构,超构表面是指一种具有周期性微结构的表面,其尺度在纳米至微米级别。这种结构可以使反射和透射的光产生干涉效应,因此可以实现光的选择性反射或透射。所述第一预设图形为圆柱体、长方体或多边形体中的一种或多种,所述第一预设图形的直径和周期不同,所吸收的波长也不同,可根据所述红外探测器需要吸收的所述目标波长的光设置所述第一预设图形以及所述陷光结构4的材料。
所述光学增强结构5设置于所述微桥结构2表面,所述光学增强结构5用于增强所述微桥结构2对所述目标波长的光的吸收。所述光学增强结构5为由第二预设图形按照预设周期排布而成的超构表面微结构52。所述光学增强结构5还包括衬底51,所述衬底51设置在所述微桥结构2表面;所述第二预设图形设置在所述衬底51表面。所述第二预设图形为圆柱、长方体或者多边形体中的一种或多种。所述衬底51与所述第二预设图形之间设置有至少一层连接层。
在本实施例中,所述光学增强结构5设置于所述微桥结构2的所述桥面23上表面。所述光学增强结构5的所述衬底51的材料是二氧化钛、氟化钡、以及二氧化硅等材料中的一种或多种,所述第二预设图形的材料是硅或其他相变材料中的一种或多种。所述第二预设图形的周期和可吸收的所述目标波长的光的波长可以通过仿真及计算得到。
在一些实施例中,所述光学增强结构5设置于所述桥面23的下表面。图2是本申请另一实施例提供的可筛选吸收波长的红外探测器的像元的剖面示意图。下面请参阅图2,所述光学增强结构5设置于所述微桥结构2的所述桥面23的下表面,所述光学增强结构5用于增强所述微桥结构2对所述目标波长的光的吸收效果。
在一些实施例中,所述光学增强结构5设置于所述桥面23的上表面和下表面。图3是本申请另一实施例提供的可筛选吸收波长的红外探测器的像元的剖面示意图。下面请参阅图3,所述光学增强结构5设置于所述微桥结构2的所述桥面23的上表面和下表面,所述光学增强结构5用于增强所述微桥结构2对所述目标波长的光的吸收效果。
所述红外探测器包括至少两个能够吸收不同波长的光的所述像元。所述可筛选吸收波长的红外探测器内的所述像元可以分为几个区域,相同区域内的所述像元具有相同的所述陷光结构4和所述光学增强结构5,可以吸收相同的所述目标波长的光;不同区域内的所述像元具有不同的所述陷光结构4和所述光学增强结构5,可以吸收不同的所述目标波长的光;从而实现不同区域筛选吸收不同波长的光的功能。图4是本申请一实施例提供的可筛选吸收波长的红外探测器的像元排布俯视图。下面请参阅图4,所述可筛选吸收波长的红外探测器包括四个能够吸收不同波长的所述像元,所述像元41能够吸收波长为λ1的光,所述像元42能够吸收波长为λ2的光,所述像元43能够吸收波长为λ3的光,所述像元44能够吸收波长为λ4的光,其中,λi(i=1,2,3,4)是长波红外、中波红外、短波红外、太赫兹等不同波长的光。
基于同一实用新型构思,本申请具体实施方式还提供一种可筛选吸收波长的红外探测器的制备方法。
图5是本申请一实施例提供的可筛选吸收波长的红外探测器的实施步骤示意图。下面请参阅图5,所述可筛选吸收波长的红外探测器的制备方法包括:步骤S501,提供一衬底,所述衬底表面具有反射层;步骤S502,于所述反射层表面形成陷光结构,所述陷光结构用于吸收非目标波长的光;步骤S503,形成微桥结构以及位于所述微桥结构表面的光学增强结构,所述微桥结构支撑设置于所述衬底的上方,并与所述衬底构成谐振腔8,所述反射层设置于所述衬底表面且位于所述谐振腔8内,所述反射层用于将目标波长的光反射至所述微桥结构,所述光学增强结构用于增强所述微桥结构对所述目标波长的光的吸收。
图6A~图6C是本申请一实施例中可筛选吸收波长的红外探测器制备过程示意图。
附图6A所示,参考步骤S501,提供一衬底1,所述衬底1表面具有反射层3。所述衬底1内设置有驱动电路6,于所述衬底1表面形成导电基座7,所述导电基座7与所述驱动电路6进行电连接。
附图6B所示,参考步骤S502,于所述反射层3表面形成陷光结构4,所述陷光结构4用于吸收非目标波长的光。所述陷光结构4为由第一预设图形按照预设周期排布而成的超构表面微结构。所述第一预设图形为圆柱体、长方体或多边形体中的一种或多种,所述第一预设图形的直径和周期不同,所能够吸收的波长也不同。所述第一预设图形的材料是氧化铝、硫化锌、以及硒化锌等材料中的一种或多种。
附图6C所示,参考步骤S503,形成微桥结构2以及位于所述微桥结构2表面的光学增强结构5,所述微桥结构2支撑设置于所述衬底1的上方,并与所述衬底1构成谐振腔8,所述反射层3设置于所述衬底1表面且位于所述谐振腔8内,所述反射层3用于将目标波长的光反射至所述微桥结构2,所述光学增强结构5用于增强所述微桥结构2对所述目标波长的光的吸收。在本实施例中,所述形成微桥结构2以及位于所述微桥结构2表面的光学增强结构5的步骤包括:在所述陷光结构4上方形成所述微桥结构2;于所述微桥结构2的桥面的上表面形成所述光学增强结构5。所述光学增强结构5为由第二预设图形按照预设周期排布而成的超构表面微结构52。所述光学增强结构5还包括衬底51,所述衬底51设置在所述微桥结构2表面;所述第二预设图形设置在所述衬底51表面。所述第二预设图形为圆柱、长方体或者多边形体中的一种或多种。所述衬底51与所述第二预设图形之间设置有至少一层连接层。所述光学增强结构5的所述衬底51的材料是二氧化钛、氟化钡、以及二氧化硅等材料中的一种或多种,所述光学增强结构5的所述超构表面微结构52的材料是硅或其他相变材料中的一种或多种。所述光学增强结构5的周期和可吸收的所述目标波长的光的波长可以通过仿真及计算得到。
在其他的实施例中,所述形成微桥结构2以及位于所述微桥结构2表面的光学增强结构5的步骤包括:在所述陷光结构4上方形成所述光学增强结构5;形成微桥结构2,所述微桥结构2的桥面23的下表面与所述光学增强结构5连接。所述光学增强结构5为由第二预设图形按照预设周期排布而成的超构表面微结构52。所述光学增强结构5还包括衬底51,所述衬底51设置在所述微桥结构2的下表面;所述第二预设图形设置在所述衬底51的下表面。所述第二预设图形为圆柱、长方体或者多边形体中的一种或多种。所述衬底51与所述第二预设图形之间设置有至少一层连接层。所述光学增强结构5的所述衬底51的材料是二氧化钛、氟化钡、以及二氧化硅等材料中的一种或多种,所述光学增强结构5的所述超构表面微结构52的材料是硅或其他相变材料中的一种或多种。所述光学增强结构5的周期和可吸收的所述目标波长的光的波长可以通过仿真及计算得到。
在其他的实施例中,所述形成微桥结构2以及位于所述微桥结构2表面的光学增强结构5的步骤包括:在所述陷光结构4上方形成一所述光学增强结构5;形成所述微桥结构2,所述微桥结构2的桥面23的下表面与所述光学增强结构5连接;于所述微桥结构2的桥面23的上表面形成另一所述光学增强结构5。所述光学增强结构5为由第二预设图形按照预设周期排布而成的超构表面微结构52。所述光学增强结构5还包括衬底51,在所述微桥结构2的桥面23的上下表面分别设置有两个所述光学增强结构5,位于所述桥面23上表面的光学增强结构5的所述衬底51设置于所述桥面23的上表面,且所述第二预设图形设置在所述衬底51的上表面;位于所述桥面23下表面的光学增强结构5的所述衬底51设置于所述桥面23的下表面,且所述第二预设图形设置在所述衬底51的下表面。所述第二预设图形为圆柱、长方体或者多边形体中的一种或多种。所述衬底51与所述第二预设图形之间设置有至少一层连接层。所述光学增强结构5的所述衬底51的材料是二氧化钛、氟化钡、以及二氧化硅等材料中的一种或多种,所述光学增强结构5的所述超构表面微结构52的材料是硅或其他相变材料中的一种或多种。所述光学增强结构5的周期和可吸收的所述目标波长的光的波长可以通过仿真及计算得到。
上述技术方案通过在微桥结构的桥面表面设置光学增强结构,对入射到微桥结构的目标波长的光进行一次筛选吸收,从而不需要采用增加截止滤光片作为窗片结构,节省器件成本,减小体积结构。此外,在反射层表面设置陷光结构,将非目标波长的光在陷光结构进行吸收,可以减小非目标波长的光的辐射热导,从而减小本底噪声,提高探测性能。同时,将目标波长的光经过反射层反射回微桥结构,从而实现对目标波长的光的二次吸收。
应注意到,在说明书中对“一实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性,但是每个实施例可能不一定包括该特定的特征、结构或特性。而且,这样的短语不一定指代相同的实施例。此外,当结合实施例描述特定的特征、结构或特性时,无论是否明确描述,结合其它实施例来实现这样的特征、结构或特性都在相关领域的技术人员的知识范围内。
通常,可以至少部分地从上下文中的用法理解术语。例如,如在本文中所使用的术语“一个或多个”至少部分取决于上下文,可以用于以单数意义描述任何特征、结构或特性,或可以用于以复数意义描述特征、结构或特征的组合。类似地,至少部分取决于上下文,诸如“一”、“某一”或“该”的术语同样可以被理解为表达单数用法或表达复数用法。另外,术语“基于”可以被理解为不一定旨在表达一组排他性的因素,而是可以替代地,同样至少部分地取决于上下文,允许存在不一定明确描述的其它因素。在本说明书中也应当注意的是,“连接/耦接”不仅指一个部件与另一个部件直接耦接,也指一个部件通过中间部件与另一个部件间接地耦接。
需要说明的是,本实用新型的文件中涉及的术语“包括”和“具有”以及它们的变形,意图在于覆盖不排他的包含。术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序,除非上下文有明确指示,应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换。另外,在不冲突的情况下,本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。此外,在以上说明中,省略了对公知组件和技术的描述,以避免不必要地混淆本实用新型的概念。上述各个实施例中,每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处,各个实施例之间相同/相似的部分互相参见即可。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本实用新型原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种可筛选吸收波长的红外探测器,其特征在于,包括多个像元,所述像元包括:
衬底;
微桥结构,所述微桥结构支撑设置于所述衬底的上方,并与所述衬底构成谐振腔;
反射层,所述反射层设置于所述衬底表面且位于所述谐振腔内,用于将目标波长的光反射至所述微桥结构;
陷光结构,所述陷光结构设置于所述反射层表面,所述陷光结构用于吸收非目标波长的光;
光学增强结构,所述光学增强结构设置于所述微桥结构表面,所述光学增强结构用于增强所述微桥结构对所述目标波长的光的吸收。
2.根据权利要求1所述的红外探测器,其特征在于,所述陷光结构为由第一预设图形按照预设周期排布而成的超构表面微结构。
3.根据权利要求2所述的红外探测器,其特征在于,所述第一预设图形为圆柱体、长方体或多边形体中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的红外探测器,其特征在于,所述光学增强结构为由第二预设图形按照预设周期排布而成的超构表面微结构。
5.根据权利要求4所述的红外探测器,其特征在于,所述光学增强结构还包括衬底,所述衬底设置在所述微桥结构表面;所述第二预设图形设置在所述衬底表面。
6.根据权利要求5所述的红外探测器,其特征在于,所述衬底与所述第二预设图形之间设置有至少一层连接层。
7.根据权利要求4所述的红外探测器,其特征在于,所述第二预设图形为圆柱、长方体或者多边形体中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的红外探测器,其特征在于,所述光学增强结构设置于所述桥面的上表面和/或下表面。
9.根据权利要求1所述的红外探测器,其特征在于,所述红外探测器包括至少两个能够吸收不同波长的光的所述像元。
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