CZ306065B6 - Membrána miniaturního bolometru se zvýšenou absorpcí a způsob vytvoření absorpční vrstvy bolometru - Google Patents
Membrána miniaturního bolometru se zvýšenou absorpcí a způsob vytvoření absorpční vrstvy bolometru Download PDFInfo
- Publication number
- CZ306065B6 CZ306065B6 CZ2015-273A CZ2015273A CZ306065B6 CZ 306065 B6 CZ306065 B6 CZ 306065B6 CZ 2015273 A CZ2015273 A CZ 2015273A CZ 306065 B6 CZ306065 B6 CZ 306065B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- membrane
- bolometer
- layer
- absorption
- carbon nanotubes
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 75
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 27
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 12
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 12
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 12
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 10
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 5
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 claims description 5
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 claims description 5
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 4
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 abstract 1
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 5
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 5
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000001999 Transcription Factor Pit-1 Human genes 0.000 description 1
- 108010040742 Transcription Factor Pit-1 Proteins 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 238000001931 thermography Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
Na tepelně izolované membráně (3) miniaturního bolometru se senzorem teploty membrány je vytvořena absorpční vrstva (4) z těsně vedle sebe vertikálně umístěných uhlíkových nanotrubic (7) o výšce vrstvy v rozmezí 1 až 25 .mi.m zvyšující absorpci infračerveného záření v pásmu 8 až 90 (m blízko k 1. Vrstva uhlíkových nanotrubic (7) se vytvoří technikou pyrolytické depozice z plynné fáze. Nejprve se na membráně (3) vytvoří z některého z materiálů ze skupiny kobalt, železo, nikl vrstvička katalyzátoru o tloušťce 1 až 20 nm. Čip (8) s membránou (3) se uzavře do komory (9) opatřené vstupem (11) plynu a výstupem (12) plynu. Komora (9) se naplní inertním plynem a membrána (3) se zahřeje na teplotu mezi 700 a 1100 .degree.C podle typu katalyzátoru a použitého uhlovodíku. K inertnímu plynu se přidá C.sub.2.n.H.sub.2.n., CH.sub.4.n., nebo etylen diamin. Na membráně (3) začnou růst vertikálně uspořádané uhlíkové nanotrubice (7). V okamžiku, kdy se dosáhne tloušťky vrstvy tvořící nanotrubice (7) mezi 1 a 25 .mi.m, se uhlovodík vytěsní inertním plynem a vypne se zdroj tepla ohřívající tepelně izolovanou membránu (3).
Description
Membrána miniaturního bolometru se zvýšenou absorpcí a způsob vytvoření absorpční vrstvy bolometru
Oblast techniky
Miniaturní bolometry, neboli mikrobolometry, jsou systémy obvykle používané na detekci infračerveného záření v oblasti 8 až 12 pm, případně i delší. Jsou založeny na principu ohřevu tepelně izolované membrány a měření změny její teploty, která odpovídá množství absorbované energie. Předkládané řešení se týká vytvoření membrány tohoto miniaturního bolometru za využití nových materiálů.
Dosavadní stav techniky
Pole bolometrů je schopné detekce tepelné energie emitované člověkem na vzdálenost až půl kilometru i více. Je zřejmé, že bolometr musí být velmi citlivá součástka, protože množství tepla emitované člověkem je velmi malé. I toto malé množství je schopné ohřát membránu bolometru tak, aby se tato změna dala detekovat. Aby to bylo možné, membrána bolometru je tepelně izolovaná od substrátu a celá součástka je umístěná ve vakuu. Toto je známé řešení dle patentu US 6 621 083, Archanjo BS, Silveira GV, Goncalves AMB, et al., High-absorption wide-band pixel for bolometer arrays, September 16, 2003. Membrána bolometru je zde vyrobena z tenké vrstvy SiO2 s kovovou absorpční vrstvou a rezonanční mezerou pod membránou s odraznou vrstvou pod bolometrem. Teplotní sensor v membráně je z oxidu vanadia s malým odporem a elektrickými přívody umístěnými na opačných stranách bolometru. Rezonanční mezera je v závislosti na snímaném spektru v rozsahu 0,8 až 2,5 μm. To ale ještě nestačí, membrána bolometru musí mít vysokou absorpci, tedy v ideálním případě veškeré IR záření, které na membránu dopadne, musí být absorbováno, a tak přispět ke zvýšení její teploty.
Je několik způsobů, jak zvýšit absorpci membrány bolometru, a to antireflexní vrstvou která má impedanci vakua, vlastní materiál bolometrické membrány, rezonanční mezera pod membránou a speciální absorpční vrstva. Všechny tyto způsoby mají své specifické problémy.
Antireflexní vrstva není příliš účinná, změna materiálu membrány také ovlivňuje vlastnosti tepelné izolace membrány, resonanční mezera o tloušťce 2,5 pm nebo menší je komplikovaná na výrobu a konečně speciální absorpční vrstva je obvykle tvořena černým zlatém, které se komplikovaně nanáší, jak je popsáno v publikaci P. L. Richards, Bolometers for infrared and millimeter waves, J. Appl. Phys. 76,1 (1994) - Souhrnný článek o vývoji bolometru a v publikaci Bin Wang, Jianjun Lai, Erjing Zhao, Haoming Hu, Qian Liu, & Sihai Chen Vanadium oxide microbolometer with gold black absorbing layer. Optical Engineering, Volume 51, Issue 7, Optical Components, Detectors, and Displays. Tento článek popisuje chování bolometru s absorpční vrstvou ze speciálně připraveného zlata nanášeného za nízkého vakua, takže se vrstva zlata chová podobně, jako absolutně černé těleso.
V publikaci M. Tarasov, J. Svensson, L. Kuzmin, and E. E. B. Campbell, Carbon nanotube bolometers. Applied Physics Letters 90, 163503 (2007). Je popisováno využití jednostěnných uhlíkových nanotrubic, dále jen CNT, pro absorpci IR záření jako kryogenní bolometr, tzn. s kryogenním chlazením pro použití pro detekci mikrovlnného záření v oblasti 10 až 2000 pm. Tyto nanotrubice byly na bolometru umístěny horizontálně a nepracovaly jako absolutně černé těleso. Způsob přípravy CNT je z roztoku, což je nekompatibilní technologie s mikrotechnologiemi, které se využívají při výrobě matice mikrobolemetrů na jednom čipu. Jedná se o ležící dispergované CNT, které zde navíc přebírají funkci rezistivního bolometru, takže se jedná o bolometr a absorpční materiál v jednom. Absorpce vrstvy zde není zkoumána. Nevýhodou tohoto přistupuje využití jednostěnných uhlíkových nanotrubic, což je technologicky náročnější a nelze je připravit
- 1 CZ 306065 B6 přímo na membráně bolometru. Navíc řešení obsahuje technicky i rozměrově náročného kryogenní chlazení.
Publikované řešení dle Al i E. Aliev, Bolometric detector on the basis of single-wall carbon nanotube/polymer composite. Infrared Physics & Technology 51 (2008) 541-545 popisuje bolometr, který byl integrován se svazkem tenkých uhlíkových nanotrubek, které byly chemicky modifikovány pro zvýšení účinnosti absorpce infračerveného záření. Tyto nanotrubice však byly na bolometru umístěny horizontálně a nepracovaly jako absolutně černé těleso. Řešení se zabývá opět využitím jednostěnných CNT za pomocí spin-coatingu, což je obdoba předchozího řešení.
Celková tloušťka bolometru je 17 pm. U takto připravených CNT je měřena absorpci, která je sice v oblasti viditelného spektra prakticky 1, ale směrem k vlnovým délkám infračerveného spektra se výrazně zhoršuje. Bolometr je poměrně velký a tímto způsobem připravený bude obtížné ho miniaturizovat. V obou případech nejde o technologie kompatibilní s mikrotechnologiemi a nelze je využít pro matici mikrobolometrů a neobsahují rezonanční mezeru.
Z výše uvedeného vyplývá, že doposud byly hledány anorganické materiály s vysokou absorpční účinností jako je černé zlato, černá platina, tlustá vrstva Si3N4 a multivrstvy. Objevují se publikace využívající uhlíkové nanotrubice, ale jde o zcela jinou metodu vytváření absorpční vrstvy, která má taktéž jiné vlastnosti. Tylo metody buď nejsou technologicky kompatibilní s výrobou bolometru, nebo nežádoucím způsobem ovlivňují parametry bolometru, jako je teplotní časová konstanta.
Podstata vynálezu
Výše uvedené nevýhody odstraňuje membrána miniaturního bolometru se zvýšenou absorpcí a způsob vytvoření absorpční vrstvy bolometru podle předkládaného řešení. Podstatou nového řešení je, že na membráně je vytvořena z těsně vedle sebe vertikálně umístěných uhlíkových nanotrubic absorpční vrstva o tloušťce v rozmezí 1 až 25 pm. Tyto nanotrubice mohou být jednostěnné nebo multistěnné.
K. vytvoření absorpční vrstvy na membráně miniaturního bolometru dochází rozkladem uhlovodíku. Je použita technika pyrolytické depozice z plynné fáze. Na membráně se vytvoří z některého z materiálů ze skupiny kobalt, železo, nikl vrstvička katalytického materiálu o tloušťce 1 až 20 nm tvořící nanokrystaly libovolného tvaru. Poté se čip s membránou uzavře do komory opatřené vstupem a výstupem plynu a komora se naplní inertním plynem. Pak se membrána zahřeje na teplotu mezi 700 a 1100 °C, a to podle typu katalyzátoru a použitého uhlovodíku. K inertnímu plynu se přidá C2H2, CH4, nebo etylen diamin. V důsledku tepelné izolace membrány dojde pouze k ohřevu membrány a ne celého čipu. Tím na membráně začnou růst vertikálně uspořádané uhlíkové nanotrubice. V okamžiku, kdy se dosáhne tloušťky vrstvy tvořící nanotrubice mezi 1 a 25 pm, se uhlovodík vytěsní inertním plynem a vypne se zdroj tepla ohřívající membrány. Jedním možným zdrojem tepla pro ohřívání membrán může být zdroj záření o výkonu absorbovaném na membráně minimálně 100 pW. V jiném provedení může být zdrojem tepla pro ohřívání membrány zdroj impulzů elektrického proudu a napětí o výkonu minimálně 100 pW na membránu. Teplota membrány se monitoruje senzorem teploty, který je integrován s membránou bolometru.
Protože se růst nanotrubic provádí na mikrobolometrech, které jsou tepelně izolované, jejich ohřevem se automaticky nebude ohřívat substrát, respektive se bude ohřívat jen marginálně.
Hlavní výhodou oproti obvyklým způsobům je, že se zde využívají vertikálně uspořádané uhlíkové nanotrubice, které dohromady tvoří absolutně černé těleso. Ve srovnání se známými technikami pro zvyšování absorpce záření uvedené řešení zajišťuje necitlivost vytvořeného miniaturního bolometru na vlnové délce absorbovaného záření.
-2CZ 306065 B6
Objasnění výkresů
Na obr. 1A je uvedena konstrukce membrány v řezu a na obr. 1B v pohledu shora. Způsob přípravy uhlíkových nanotrubic pak znázorňují obr. 2A a obr. 2B. Na obr. 3A a 3B jsou uvedena 5 absorpční spektra vrstvy vertikálně uspořádaných uhlíkových nanotrubic změřené pomocí furierova transformace v infračervené oblasti (FTIR) a v oblasti terahertzových vln.
Příklady uskutečnění vynálezu
Nové řešení spočívá ve vytvoření funkční vrstvy membrány využívající vertikálně uspořádaných jednostěnných nebo multistěnných uhlíkových nanotrubic 7, dále jen VACNT, jako absorpční materiál a ve způsobu jejich přípravy přímo na membráně. Hlavní rozdíl mezi obvyklými způsoby a předmětem tohoto vynálezu je v tom, že zde se využívají vertikálně uspořádané trubice, 15 které dohromady tvoří absolutně černé těleso. Jiný způsob nanášení uhlíkových nanotrubic 7 nedosahuje tak vysoké absorpce s necitlivostí k vlnové délce. Tato technologie nejsou kompatibilní s technologií výroby membrány z SiO2.
Uhlíkové nanotrubice 7 jsou známé svými unikátními vlastnostmi. Při pohledu na temně černou 20 vrstvu vertikálně zarovnaných uhlíkových nanotrubic 7 je jasné, že tato vrstva má určitě výborné absorpční vlastnosti, minimálně ve viditelné oblasti spektra. Po změření jejich vlastností pomocí FTIR spektroskopie bylo zjištěno, že ve spektrální oblasti od 7 do 25 pm tato vrstva absorbuje záření s účinností blížící se 100 %, obr. 3A. Tyto materiály mají velmi dobré absorpční vlastnosti i v oblasti THz, obr. 3B. Ta je zajímavá tím, že zde stejně jako v infračervené IR oblasti existuje 25 jen velmi málo způsobů detekce tohoto záření.
Konstrukce membrány 3 podle předkládaného řešení je uvedena v řezu na obr. 1A a v pohledu shora na obr. 1B. Je zde znázorněn křemíkový substrát 1 s jámou 2, nad kterou je zavěšena membrána 3 na dvou závěsech, menší než 100 x 100 pm2 tvořená první vrstvou 4 oxidu křemičitého 30 SiO2 vyrobenou odleptáním křemíku pod membránou 3, přičemž zde není uplatněna rezonanční mezera. Na membráně 3 je vytvořen meandr 5 z titanové vrstvy, který slouží jako senzor teploty. Tento meandr 5 je překryt druhou vrstvou 6 oxidu křemičitého SiO2, na které je vytvořena vrstva uhlíkových nanotrubic 7. Systém je hermeticky uzavřen v pouzdru a vyvakuován.
Na obr. 2A a 2B je znázorněn způsob uspořádání membrány 3 s meandrem 5 bolometru spolu s vertikálními uhlíkovými nanotrubicemi 7 na membráně 3 miniaturního bolometr. Vrstva VACNT se vyrobí pomocí techniky depozice z plynné fáze. Na membráně 1 se vytvoří z některého z materiálů ze skupiny kobalt, železo, nikl vrstvička nanokrystalů katalytického materiálu o tloušťce I až 20 nm. V uvedeném příkladu byly tyto nanokrystaly vytvořeny na druhé vrstvě 6 oxidu křemi40 čitého SiO2. Poté se čip 8 s membránou 3 uzavře do komory 9 opatřené víkem 10 vstupem 11 plynu a výstupem 12 plynu a komora 9 se naplní inertním plynem, například dusíkem. Následně se membrána 3 zahřeje na teplotu mezi 700 a 1100° C podle typu katalyzátoru použitého uhlovodíku. K inertnímu plynu se přidá C2H2, CH4, nebo etylen diamin. Na membráně 3 začnou růst vertikálně uspořádané uhlíkové nanotrubice 7 a v okamžiku, kdy se dosáhne tloušťky vrstvy tvo45 říci nanotrubice 7 mezi 1 a 25 pm, se vypne přívod C2H2, CH4, nebo etylen diaminu, čímž se uhlovodík vytěsní inertním plynem a vypne se zdroj 13 tepla ohřívající tepelně izolovanou membránu 3.
V uvedeném příkladu došlo k rozkladu uhlovodíku a růstu uhlíkových nanotrubic 7 v oblastech, 50 kde se nacházel katalyzátor, například kobalt, za teploty 900 °C.
Depozice nanotrubic 7 pomocí uvedené techniky rozkladem uhlovodíků při teplotě 900 °C není kompatibilní s technologií výroby bolometru. Pro tento účel byl vyvinut způsob, obr. 2A a 2B, selektivní depozice, přičemž je lokálně ohřátá membrána 3 bolometru na požadovanou teplotu a 55 tím je zajištěn růst CNTs pouze na membráně 3. Při výrobě takto realizované membrány 3 bolo
-3CZ 306065 B6 metru jsou dva možné způsoby zahřátí membrány 3. Jedním je ohřev pomocí paprsku laseru nebo zdroje záření, jako je například infračervené záření, o absorbovaném výkonu minimálně 100 pW. Druhým způsobem je použití zdroje impulzů elektrického proudu a napětí o výkonu minimálně 100 pW, kde tyto impulzy jsou přiváděny na Ti meandr 5 v bolometru.
V obou případech je možné nechat narůst vrstvu uhlíkových nanotrubic 7 na hotových bolometrech dokonce po jejich zapouzdření, aniž by došlo k jejich poškození. Pokud poroste vrstva uhlíkových nanotrubic 7 za sníženého tlaku použitého plynu, teplotní ztráty z membrány 3 bolometru jsou dané především tepelnou vodivostí respektive odporem přívodů bolometru. Bolometr, který byl podle uvedeného příkladu realizován, má tepelný odpor 2 x 10 7 W/K, takže k jeho ohřevu na teplotu 900°C stačí 175 pW. To je velmi malé množství energie, které zabraňuje ohřát vlastní součástku a tím ji poškodit.
Lze tedy konstatovat, že se jedná o nový způsob vytváření membrány 3 bolometru za účelem zvýšení efektivity absorpce infračerveného záření a tím zvýšení citlivosti a odezvy na dopadající infračervené záření. Toho je dosaženo absorpční vrstvou jednostěnných nebo multistěnných uhlíkových nanotrubic 7 vytvořenou přímých růstem ve vertikálním uspořádání a způsobem jejího vytvoření na hotovém mikrobolometru s mikromechanickými membránami.
Dochází zde tedy ke zvýšení účinnosti absorpce bolometrické membrány 3, aniž by došlo k nežádoucímu zhoršení parametrů bolometru. Tímto způsobem vznikne bolometr s vysokou absorpční účinností. Pokud se takový bolometr použije pro infračervenou kameru, bude mít vysokou citlivost. Také na druhou stranu bude možné při nominální citlivosti zmenšit velikost membrány 3 bolometru a tím zmenšit velikost celého čipu. V takovém případě bude možné připravit na křemíkové desce nominální velikosti více čipů a tím snížit jejich jednotkovou cenu.
Hlavní rozdíl mezi obvyklými způsoby a předmětem tohoto vynálezu je v tom, že zde se využívají vertikálně uspořádané trubice, které dohromady tvoří absolutně černé těleso. Tudíž ve srovnání se známými technikami zvyšování absorpce záření, pomocí předkládaného řešení lze docílit necitlivosti na vlnové délce absorbovaného záření.
Průmyslová využitelnost
Membrána miniaturního bolometru podle uvedeného řešení je využitelná například pro termovizi, bezdotykové měření teploty, měření tepelně zatížených míst jako jsou izolátory na rozvodech vysokého napětí, přetížené části výkonových rozvodů, 3f rozvodné transformátory, tepelné úniky, tepelné můstky, snímání tepelného obrazu přes clonící materiály a podobně.
Claims (6)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Membrána miniaturního bolometru se zvýšenou absorpcí, opatřená senzorem teploty membrány, vyznačující se tím, že na membráně (3) je vytvořena absorpční vrstva z těsně vedle sebe vertikálně umístěných uhlíkových nanotrubic (7) o výšce vrstvy v rozmezí 1 až 25 pm.
- 2. Membrána podle nároku 1, vyznačující se tím, že nanotrubice (7) jsou multistěnné.
- 3. Membrána podle nároku 1, vyznačující se tím, že nanotrubice (7) jsou jednostěnné.-4CZ 306065 B6
- 4. Způsob vytvoření absorpční vrstvy bolometru na membráně miniaturního bolometru podle nároku 1 a kteréhokoliv z nároků 2 nebo 3 rozkladem uhlovodíku, vyznačující se tím, že vrstva uhlíkových nanotrubic (7) se vytvoří technikou pyrolytické depozice z plynné fáze, kdy se nejprve na membráně (3) vytvoří z některého z materiálů ze skupiny kobalt, železo, nikl vrstvička katalyzátoru o tloušťce 1 až 20 nm, načež se čip (8) s membránou (3) uzavře do komory (9) opatřené vstupem (11) plynu a výstupem (12) plynu a komora (9) se naplní inertním plynem, poté se membrána (3) zahřeje na teplotu mezi 700 a 1100 °C podle typu katalyzátoru a použitého uhlovodíku, k inertnímu plynu se přidá C2H2, CH4, nebo etylen diamin, na membráně (3) začnou růst vertikálně uspořádané uhlíkové nanotrubice (7) a v okamžiku, kdy se dosáhne tloušťky vrstvy tvořící nanotrubice (7) mezi 1 a 25 μιη, se uhlovodík vytěsní inertním plynem a vypne se zdroj tepla ohřívající tepelně izolovanou membránu (3).
- 5. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že zdrojem (13) tepla pro ohřívání membrány (3) je zdroj záření o výkonu absorbovaném na membráně (3) minimálně 100 pW.
- 6. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že zdrojem (13) tepla pro ohřívání membrány (3) je zdroj impulzů elektrického proudu a napětí o výkonu minimálně 100 μW, který je připojen na teplotní senzor membrány (3) bolometru.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2015-273A CZ306065B6 (cs) | 2015-04-23 | 2015-04-23 | Membrána miniaturního bolometru se zvýšenou absorpcí a způsob vytvoření absorpční vrstvy bolometru |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2015-273A CZ306065B6 (cs) | 2015-04-23 | 2015-04-23 | Membrána miniaturního bolometru se zvýšenou absorpcí a způsob vytvoření absorpční vrstvy bolometru |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2015273A3 CZ2015273A3 (cs) | 2016-07-20 |
| CZ306065B6 true CZ306065B6 (cs) | 2016-07-20 |
Family
ID=56611787
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2015-273A CZ306065B6 (cs) | 2015-04-23 | 2015-04-23 | Membrána miniaturního bolometru se zvýšenou absorpcí a způsob vytvoření absorpční vrstvy bolometru |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ306065B6 (cs) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090078872A1 (en) * | 2007-09-20 | 2009-03-26 | Ut-Battelle, Llc | Doped Carbon Nanostructure Field Emitter Arrays for Infrared Imaging |
| US20090140145A1 (en) * | 2007-11-12 | 2009-06-04 | Commissariat A L'energie Atomique | Electromagnetic radiation detector with nanowire connection and method for producing same |
| CA2670867A1 (en) * | 2009-06-25 | 2010-12-25 | Lehigh University | Sensors incorporating freestanding carbon nanostructures |
| CN102426060A (zh) * | 2011-08-26 | 2012-04-25 | 电子科技大学 | 一种太赫兹或红外微测辐射热计及其制作方法 |
| CA2845539A1 (en) * | 2011-08-15 | 2013-05-10 | Purdue Research Foundation | Methods and apparatus for the fabrication and use of graphene petal nanosheet structures |
| US20130170517A1 (en) * | 2010-09-23 | 2013-07-04 | Laurent Duraffourg | Bolometer having frequency detection |
-
2015
- 2015-04-23 CZ CZ2015-273A patent/CZ306065B6/cs not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090078872A1 (en) * | 2007-09-20 | 2009-03-26 | Ut-Battelle, Llc | Doped Carbon Nanostructure Field Emitter Arrays for Infrared Imaging |
| US20090140145A1 (en) * | 2007-11-12 | 2009-06-04 | Commissariat A L'energie Atomique | Electromagnetic radiation detector with nanowire connection and method for producing same |
| CA2670867A1 (en) * | 2009-06-25 | 2010-12-25 | Lehigh University | Sensors incorporating freestanding carbon nanostructures |
| US20130170517A1 (en) * | 2010-09-23 | 2013-07-04 | Laurent Duraffourg | Bolometer having frequency detection |
| CA2845539A1 (en) * | 2011-08-15 | 2013-05-10 | Purdue Research Foundation | Methods and apparatus for the fabrication and use of graphene petal nanosheet structures |
| CN102426060A (zh) * | 2011-08-26 | 2012-04-25 | 电子科技大学 | 一种太赫兹或红外微测辐射热计及其制作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2015273A3 (cs) | 2016-07-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hsu et al. | Graphene-based thermopile for thermal imaging applications | |
| Xu et al. | PtTe2‐based type‐II Dirac semimetal and its van der Waals heterostructure for sensitive room temperature terahertz photodetection | |
| Pogna et al. | Hot-carrier cooling in high-quality graphene is intrinsically limited by optical phonons | |
| TWI475673B (zh) | 使用奈米管織物之電磁及熱偵測器及其製造方法 | |
| Dai et al. | High-performance, polarization-sensitive, long-wave infrared photodetection via photothermoelectric effect with asymmetric van der Waals contacts | |
| US7723684B1 (en) | Carbon nanotube based detector | |
| Yuan et al. | Room temperature graphene mid-infrared bolometer with a broad operational wavelength range | |
| St-Antoine et al. | Single-walled carbon nanotube thermopile for broadband light detection | |
| CN103193190B (zh) | 一种红外-太赫兹双波段阵列探测器微桥结构及其制备方法 | |
| Venkatachalam et al. | Carbon‐based terahertz absorbers: Materials, applications, and perspectives | |
| Vicarelli et al. | Micromechanical bolometers for subterahertz detection at room temperature | |
| Leong et al. | Terahertz photoresponse of black phosphorus | |
| Stewart et al. | Nanophotonic engineering: a new paradigm for spectrally sensitive thermal photodetectors | |
| Pradere et al. | Photothermal converters for quantitative 2D and 3D real-time terahertz imaging | |
| Zhang et al. | Ultrasensitive and Self‐Powered Terahertz Detection Driven by Nodal‐Line Dirac Fermions and Van der Waals Architecture | |
| Stenger et al. | Thin film lithium tantalate (TFLT) pyroelectric detectors | |
| Wang et al. | Distinctive Performance of Terahertz Photodetection Driven by Charge‐Density‐Wave Order in CVD‐Grown Tantalum Diselenide | |
| Obraztsov et al. | Coherent detection of terahertz radiation with graphene | |
| Chen et al. | Highly polarization-sensitive far infrared detector based on an optical antenna integrated aligned carbon nanotube film | |
| Chiang et al. | 2D material-enabled nanomechanical bolometer | |
| Nandi et al. | Carbon nanotube-based uncooled bolometers: advances and progress | |
| Zhang et al. | A visible-infrared double band photodetector absorber | |
| Hiromoto et al. | Room-temperature THz antenna-coupled microbolometer with a Joule-heating resistor at the center of a half-wave antenna | |
| Svatoš et al. | In situ observation of carbon nanotube layer growth on microbolometers with substrates at ambient temperature | |
| Kasalynas et al. | Design and performance of a room-temperature terahertz detection array for real-time imaging |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20210423 |