专利名称：碳纳米管薄膜微机械红外探测器的制作方法
一、所属领域本发明涉及一种红外探测器，特别涉及一种在一定材料的基底上制作微机械，并在其上生长碳纳米管薄膜的碳纳米管薄膜微机械红外探测器。
由于探测机理的不同，红外探测器目前主要有两大类光子探测器和热探测器。常见的光子探测器有光电子发射探测器、光电导探测器、光伏探测器、光磁电探测器等。常见的热探测器有热敏电阻测辐射热器、测辐射热电偶和热电堆、气动探测器、热释电探测器等。热释电探测器是根据热释电效应工作的一类新型红外探测器。与光子探测器相比，热释电探测器光谱响应宽；与热电阻、热电偶和热电堆等构成的热探测器相比其频响快，具有可从十几赫兹低频到上千赫兹高频的很宽频率响应特性，甚至可以制成响应时间小于微秒级的快速热释电探测器。通常它与场效应晶体管阻抗变换器组装在一起，其结构如
图1所示。其中101为探测器，102为场效应晶体管，103为源极电阻，输出信号由源极电阻103两端引出。104和105分别为场效应晶体管阻抗变换器的输入电阻和输入电容。
热释电探测器的缺点在于1、由于受材料限制灵敏度较低。2、体积较大。3、在较高频率下，由于介电损耗随频率上升而增加，远不能达到理想的性能。4、成本较高。
发明内容
根据上述现有技术部分存在的缺陷或不足，本发明的目的是提供一种结构简单，具有极高的分辨率和宽光谱响应范围，灵敏度高，成本低，工艺简单的碳纳米管薄膜微机械红外探测器。
为了实现上述目的，本发明的设计机理是微机械谐振器在光辐射照射时出现热挠曲，其力学结构固有振荡频率fo(或角频率wo＝2πfo)发生变化，通过测量热挠曲(静态)或测量fo(动态)实现对辐射光强的探测。
所采用的技术方案是碳纳米管薄膜微机械红外探测器，包括一定基底材料的微机械1，拾取电路3，在微机械1上生长有碳纳米管薄膜2；微机械1是指微谐振器件，可以是微悬臂梁、微桥和微膜(方膜或圆膜)等；微机械谐振器包括基座4、辐射窗口5、电源6、电源连线7和电源连线8以及输出信号连线9和输出信号连线10；拾取方法可以是电拾取，也可以是光拾取，电拾取一般是利用硅的压阻效应，在微机械谐振器上制作压敏电阻，与设计的检测电路相连，通过器件谐振时压敏电阻的阻值变化来测试器件的谐振特性；光拾取通常是利用光纤传感器技术实现微机械谐振器的振动测量。
本发明的其他一些特点是，所述基底材料选用一般的半导体材料，如硅、二氧化硅、氮化硅。
所述碳纳米管薄膜2，既可以通过催化热解法、CVD法直接生长于基底上，也可以通过电泳、涂敷、印刷等移植法成形于基底上。
所述拾取电路3是利用硅的压阻效应，将四个压敏电阻连接成惠斯通电桥形式。
微机械谐振器上生长一层碳纳米管薄膜，作为光辐射吸收材料，由于碳纳米管薄膜对红外辐射的吸收系数η可达0.98，从而使其具有高的灵敏度和小的噪声等效功率，以提高该类探测器的探测能力。
微机械谐振器通过MEMS加工工艺制成，可进行批量生产，从而降低器件的成本。
实施例参见图2、图3，图2是碳纳米管薄膜硅微悬臂梁谐振器结构图，包括半导体基底材料1和生长于其上的碳纳米管薄膜2，以及拾取电路3。图3是碳纳米管薄膜硅微悬臂梁红外探测器整体结构示意图，包括基座4、辐射窗口5、电源6、电源连线7、电源连线8以及输出信号连线9、输出信号连线10。
微机械1是指微机械谐振器件，可以是微悬臂梁、微桥和微膜(方膜或圆膜)等。
拾取方法可以是电拾取，也可以是光拾取。电拾取一般是利用硅的压阻效应，在硅微机械谐振器上制作压敏电阻，与设计的检测电路相连，通过器件谐振时压敏电阻的阻值变化来测试器件的谐振特性。光拾取通常是利用光纤传感器技术实现硅微机械谐振器的振动测量。
本发明按照下述常规工艺制备1、微悬臂梁1的制作微悬臂梁是将半导体材料如硅、二氧化硅、氮化硅等为基底材料，加工成微悬臂梁谐振器的微悬臂梁结构，本实施例中基底材料选用硅。当然，二氧化硅、氮化硅等都能作为基底材料实现微悬臂梁结构或微桥和微膜(方膜或圆膜)结构。
2、拾取电路3的制作拾取电路是利用硅的压阻效应，将四个压敏电阻连接成惠斯通电桥形式。本实施例用半导体材料硅正面扩硼形成压敏电阻，利用铝连线版反刻铝，形成金属连线，利用金丝球型压焊的方法引出连线。
3、碳纳米管薄膜2的制备对前述步骤中的硅基底材料的背面进行清洗处理，分别用丙酮、酒精、去离子水进行超声波清洗，然后，可以利用许多方法生长碳纳米管。如催化热解法、CVD法直接生长于基底材料上，也可以通过电泳、涂敷、印刷等移植法成形于基底材料上。
4、仪器装配在完成上述步骤后，就获得了碳纳米管薄膜硅微悬臂梁红外探测器，并将其固定于基座上，如图3所示，便可进行红外探测。
权利要求
1.一种碳纳米管薄膜微机械红外探测器，其特征在于包括一定基底材料的微机械[1]，拾取电路[3]，在微机械[1]上生长有碳纳米管薄膜[2]；微机械[1]是指微谐振器件，可以是微悬臂梁、微桥和微膜等；微机械谐振器包括基座[4]、辐射窗口[5]、电源[6]、电源连线[7]和电源连线[8]以及输出信号连线[9]和输出信号连线[10]；拾取方法可以是电拾取，也可以是光拾取，电拾取一般是利用硅的压阻效应，在硅微谐振器上制作压敏电阻，与设计的检测电路相连，通过器件谐振时压敏电阻的阻值变化来测试器件的谐振特性；光拾取通常是利用光纤传感器技术实现硅微谐振器的振动测量。
2.根据权利要求1所述碳纳米管薄膜微机械红外探测器，其特征在于所述基底材料选用一般的半导体材料，如硅、二氧化硅、氮化硅。
3.根据权利要求1所述碳纳米管薄膜微机械红外探测器，其特征在于所述碳纳米管薄膜[2]，既可以通过催化热解法、CVD法直接生长于基底上，也可以通过电泳、涂敷、印刷等移植法成形于基底上。
4.根据权利要求1所述碳纳米管薄膜微机械红外探测器，其特征在于所述拾取电路[3]是利用硅的压阻效应，将四个压敏电阻连接成惠斯通电桥形式。
全文摘要
本发明公开了一种结构简单,具有极高的分辨率和宽光谱响应范围,灵敏度高,成本低,工艺简单的碳纳米管薄膜微机械红外探测器,包括一定基底材料的微机械,拾取电路,微机械谐振器上生长一层碳纳米管薄膜,作为光辐射吸收材料,由于碳纳米管薄膜对红外辐射的吸收系数η可达0.98,从而使其具有高的灵敏度和小的噪声等效功率,以提高该类探测器的探测能力。微谐振器通过MEMS加工工艺制成,可进行批量生产,从而降低器件的成本。
文档编号G01J1/04GK1385359SQ0211443
公开日2002年12月18日 申请日期2002年2月5日 优先权日2002年2月5日
发明者刘君华, 梁晋涛, 朱长纯, 韩建强 申请人:西安交通大学