本发明属于红外探测领域,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。
技术实现要素:
本发明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。
本发明的基本思想是通过mems微加工方法制成。本发明的技术路线是:
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。
本发明的有益效果是: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发明做进一步说明。
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1.25wmk-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。
上面对本发明的实施方式做了详细说明。但是发明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,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。