具有集成的温度感测的红外探测器组件、气体测量装置和方法制造方法及图纸

一种制作具有集成的温度感测的红外探测器组件(10)的方法包括：在衬底(16)上形成至少一个IR敏感元件(12、14)，以及在所述衬底上形成用于(a)IR敏感元件和(b)至少一个热敏电阻器(34)的传导性电极衬垫(22、24、26、28、30、32)。所述传导性电极衬垫和所述IR敏感元件处于中心线对称配置中，在所述中心线对称配置中，所述传导性电极衬垫和所述IR敏感元件一起关于所述红外探测器组件的平面中的至少一个轴线(36、38)中心线对称，其中，所述中心线对称配置能操作用于减少在温度瞬变期间所述至少一个热敏电阻器的温度与所述IR敏感元件的温度之间的热滞后时间。第一热敏电阻器传导性电极衬垫(30)和第二热敏电阻器传导性电极衬垫(32)中的每个具有两个衬垫端部部分(40、42)，所述两个衬垫端部部分与彼此间隔开并且经由包括热损失减少构件的衬垫中间部分(44)接合。

Infrared detector assembly with integrated temperature sensing, gas measuring device and method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有集成的温度感测的红外探测器组件、气体测量装置和方法
本实施例大体涉及红外探测器，并且更具体地涉及一种具有集成的温度感测的红外探测器、一种具有所述红外探测器的气体测量装置、一种测量气体浓度的方法、以及一种制作所述红外探测器的方法。
技术介绍
用来探测中等范围的红外能量的硒化铅探测器对环境温度的变化是敏感的。当探测器的环境温度漂移时，探测器的响应性也漂移。因此，使用硒化铅探测器的应用必须针对敏感性的漂移被热调节或数学地补偿。完成这一点的方法需要与硒化铅探测器的衬底的紧密热耦合，并且通常利用被外部地安装到硒化铅探测器的热敏电阻器来完成。然而，这种方法不利地基于探测器外部的测量结果来推测硒化铅的温度，并不直接测量探测器本身的温度。许多二氧化碳描记系统使用两个IR探测器(例如，硒化铅探测器)。一个探测器用于探测样本气体吸收波长，而另一个探测器感测参考波长。必须密切监测这两个探测器以确定这两个探测器之间的温度的任何微小变化。这种二氧化碳描记系统的一个示例在题为“Systemandmethodforperformingheater-lessleadselenide-basedcapnometryand/orcapnography”的共同授予的美国专利公布No.2013/0292570中进行描述，通过引用将其并入本文。现有技术的二氧化碳描记系统(例如，所提供的示例)还通过将热敏电阻器放置在硒化铅平板探测器附近来感测探测器处的温度，所述热敏电阻器通常被安装到衬底表面上，其之间中具有中间层，并且探测器主体也被安装到所述衬底表面上。遗憾的是，这种布置在热敏电阻器传感器与硒化铅平板探测器的薄膜温度之间引入大的热梯度和相关联的大的热滞后时间。这种大的热梯度和大的热滞后时间发生，因为薄膜被沉积在其上的衬底由不良热导体的熔融石英制成，并且由于一个或多个中间层的不良导热性。因此，需要对硒化铅平板探测器进行更准确且更快响应的探测，特别是需要对关于温度变化的影响进行更准确且更快响应的探测，这避免现有技术中呈现的问题。用于克服本领域中的问题的改善的方法和装置是期望的。
技术实现思路
根据一个方面，公开了通过在尽可能靠近硒化铅探测器元件的点处将热敏电阻器直接集成在硒化铅(PbSe)探测器组件的衬底上而有利地克服本领域中的问题的装置和方法。因此，硒化铅探测器元件的温度能够被更准确地测量。此外，通过数学算法或热调节的温度补偿能够是更精确的，因此有利地消除由于探测器温度的变化的探测器漂移。根据另一方面，一种红外探测器包括直接在与硒化铅探测器元件相同的衬底上添加(i)热敏电阻器或(ii)热敏电阻器化学成分中的至少一个，其中，单个探测器元件或多个探测器元件由单个或多个热敏电阻器元件监测。本公开的实施例有利地解决了硒化铅的温度的变化的问题，硒化铅的温度现在能够被更准确地测量。此外，通过数学算法或热调节的温度补偿能够是更精确的，因此有利地消除了由于探测器元件温度的变化的探测器漂移。本公开的实施例特别适用于二氧化碳气体探测和测量以及对具有中波红外光谱带中的吸收波长的任何其他气体的探测和测量。专利技术人已经发现了相对于IR敏感探测器薄膜的用于温度传感器的传导性电极衬垫的独创性且新颖的布置。这种温度传感器能够包括微型芯片热敏电阻器或电阻式热敏电阻器化学成分沉积。此外，如从本文中的公开内容将会变得更好理解的，在所安装的芯片热敏电阻器或电阻式热敏电阻器化学成分沉积紧邻两个IR探测器中的每个并且从那里被分开热耦合分开间距的情况下，然后能够探测这两个探测器之间的任何微小温差，并且能够以算法方式补偿这种微小温差以维持二氧化碳描记系统的CO2准确性。根据本公开的实施例的方法可以用于其中导电衬垫端子紧密靠近探测器感测材料存在的任何其他探测器材料或组件上。在一个实施例中，增加探测器(诸如硒化铅(PbSe)平板探测器)的温度测量和温度跟踪准确性的创造性方法还涉及将微型芯片热敏电阻器安装到紧邻硒化铅探测器的镀金电极上而不与硒化铅薄膜接触。芯片热敏电阻器可以被表面安装到两个镀金电极上，所述两个镀金电极与用于IR敏感薄膜的镀金电极同时但是在IR敏感薄膜的沉积之后被沉积到熔融石英衬底上。这种布置源于探测器薄膜的电极端部既是导电的又是导热的认识。温度传感器(例如，热敏电阻器)紧邻硒化铅薄膜的安装将温度传感器放置在相对于硒化铅薄膜的用于最小化导热性损失并且相对于薄膜的最小化热滞后时间并且同时提供用于传感器电通信的电接线的位置处。还有利地实现了降低的电路成本和减小的空间要求。根据一个实施例，一种制作具有集成的温度感测的红外探测器组件的方法包括直接在衬底上形成至少一个红外辐射敏感元件或IR敏感元件，其中，所述至少一个IR敏感元件被热耦合到所述衬底。所述方法还包括直接在所述衬底上形成用于(a)所述至少一个IR敏感元件和(b)至少一个热敏电阻器的传导性电极衬垫，其中，所述传导性电极衬垫被热耦合到所述衬底。所述传导性电极衬垫和所述至少一个IR敏感元件处于中心线对称配置中，在所述中心线对称配置中，所述传导性电极衬垫和所述至少一个IR敏感元件一起关于所述红外探测器组件的平面中的至少一个轴线中心线对称。所述中心线对称配置能操作用于减少在所述红外探测器组件的温度瞬变期间所述至少一个热敏电阻器的温度与所述至少一个IR敏感元件的温度之间的热滞后时间。形成所述传导性电极衬垫包括(i)直接在所述衬底上将覆盖于所述衬底上面的传导性材料沉积并图案化成用于所述至少一个IR敏感元件中的每个IR敏感元件的至少一对第一IR敏感元件传导性电极衬垫和第二IR敏感元件传导性电极衬垫，以及(ii)直接在所述衬底上将覆盖于所述衬底上面的传导性材料沉积并图案化成用于所述至少一个热敏电阻器中的每个热敏电阻器的第一热敏电阻器传导性电极衬垫和第二热敏电阻器传导性电极衬垫。每对第一IR敏感元件传导性电极衬垫和第二IR敏感元件传导性电极衬垫经由与所述对第一IR敏感元件传导性电极衬垫和第二IR敏感元件传导性电极衬垫中的每个相应衬垫的边缘部分交叠的相应的至少一个IR敏感元件的边缘部分而电耦合到所述相应的至少一个IR敏感元件。所述第一热敏电阻器传导性电极衬垫和所述第二热敏电阻器传导性电极衬垫中的每个具有沿着相应的热敏电阻器传导性电极衬垫的长度尺寸间隔开的两个衬垫端部部分的平面图几何结构，所述两个衬垫端部部分具有长度尺寸和宽度尺寸并且经由衬垫中间部分接合。所述衬垫中间部分包括热损失减少构件，所述热损失减少构件具有的宽度尺寸小于其长度尺寸。所述衬垫中间部分的所述宽度尺寸小于所述两个衬垫端部部分中的每个衬垫端部部分的相应宽度尺寸。此外，所述第一热敏电阻器传导性电极衬垫和所述第二热敏电阻器传导性电极衬垫中的每个沿着与所述至少一个IR敏感元件的所述长度尺寸平行的线一前一后地延伸，紧邻所述至少一个IR敏感元件并且从那里被分开热耦合分开间距。所述方法还包括执行选自包括以下项的组中的一项：(i)直接在所述衬底上经由沉积的电阻式热敏电阻器化学成分形成所述至少一个热敏电阻器，并且将具有所述传导性电极衬垫、所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制作具有集成的温度感测的红外探测器组件(10)的方法，所述方法包括：/n在衬底(16)上形成至少一个红外辐射敏感元件或IR敏感元件(12、14)，其中，所述至少一个IR敏感元件被热耦合到所述衬底；/n在所述衬底上形成用于(a)所述至少一个IR敏感元件和(b)至少一个热敏电阻器(34)的传导性电极衬垫(22、24、26、28、30、32)，其中，所述传导性电极衬垫被热耦合到所述衬底，并且其中，所述传导性电极衬垫和所述至少一个IR敏感元件处于中心线对称配置中，在所述中心线对称配置中，所述传导性电极衬垫和所述至少一个IR敏感元件一起关于所述红外探测器组件的平面中的至少一个轴线(36、38)中心线对称，其中，所述中心线对称配置能操作用于减少在所述红外探测器组件的温度瞬变期间所述至少一个热敏电阻器的温度与所述至少一个IR敏感元件的温度之间的热滞后时间，其中，形成所述传导性电极衬垫(22、24、26、28、30、32)包括：/n(i)在所述衬底上将覆盖于所述衬底(16)上面的传导性材料沉积并图案化成用于所述至少一个IR敏感元件(12、14)中的每个IR敏感元件的至少一对((22，24)、(26，38))第一IR敏感元件传导性电极衬垫和第二IR敏感元件传导性电极衬垫，其中，每对第一IR敏感元件传导性电极衬垫和第二IR敏感元件传导性电极衬垫经由与所述对第一IR敏感元件传导性电极衬垫和第二IR敏感元件传导性电极衬垫中的每个相应衬垫的边缘部分交叠的相应的至少一个IR敏感元件的边缘部分而电耦合到所述相应的至少一个IR敏感元件，以及/n(ii)在所述衬底上将覆盖于所述衬底(16)上面的传导性材料沉积并图案化成用于所述至少一个热敏电阻器(34)中的每个热敏电阻器的第一热敏电阻器传导性电极衬垫(30)和第二热敏电阻器传导性电极衬垫(32)，其中，所述第一热敏电阻器传导性电极衬垫和所述第二热敏电阻器传导性电极衬垫中的每个具有沿着相应的热敏电阻器传导性电极衬垫的长度尺寸间隔开的两个衬垫端部部分(40、42)的平面图几何结构，所述两个衬垫端部部分具有长度尺寸和宽度尺寸并且经由衬垫中间部分(44)接合，其中，所述衬垫中间部分包括热损失减少构件，所述热损失减少构件具有的宽度尺寸小于其长度尺寸，另外其中，所述衬垫中间部分的宽度尺寸小于所述两个衬垫端部部分中的每个衬垫端部部分的相应宽度尺寸，另外其中，所述第一热敏电阻器传导性电极衬垫(30)和所述第二热敏电阻器传导性电极衬垫(32)中的每个沿着与所述至少一个IR敏感元件(12、14)的所述长度尺寸平行的线一前一后地延伸，紧邻所述至少一个IR敏感元件(34)并且从那里被分开热耦合分开间距(45)；以及/n执行选自包括以下项的组中的一项：/n(i)在所述衬底(16)上经由沉积的电阻式热敏电阻器化学成分形成所述至少一个热敏电阻器(34)，其中，每个相应的至少一个热敏电阻器被(a)热耦合到所述衬底并且(b)电耦合在相应对所述第一热敏电阻器传导性电极衬垫和所述第二热敏电阻器传导性电极衬垫(30，32)的最靠近彼此的相对的衬垫端部部分(42)之间，其中，所述相应对所述第一热敏电阻器传导性电极衬垫和所述第二热敏电阻器传导性电极衬垫的最靠近彼此的所述相对的衬垫端部部分与彼此间隔开所述至少一个热敏电阻器的热敏电阻器元件沉积放置距离(47)，并且将具有所述传导性电极衬垫(22、24、26、28、30、32)、所述至少一个IR敏感元件(12、14)和所述至少一个热敏电阻器(34)的所述衬底(16)切割成至少一个个体红外探测器组件，以及/n(ii)将具有所述传导性电极衬垫(22、24、26、28、30、32)和所述至少一个IR敏感元件(12、14)的所述衬底(16)切割成至少一个个体部分红外探测器组件，并且通过经由表面可安装电阻式热敏电阻器芯片将所述至少一个热敏电阻器(34)设置在个体切割的衬底上来完成所述至少一个个体部分红外探测器组件，其中，每个相应的至少一个热敏电阻器被(a)热耦合到所述个体切割的衬底并且(b)电耦合在相应对所述第一热敏电阻器传导性电极衬垫和所述第二热敏电阻器传导性电极衬垫(30，32)的最靠近彼此的相对的衬垫端部部分(42)之间，其中，所述相应对所述第一热敏电阻器传导性电极衬垫和所述第二热敏电阻器传导性电极衬垫的最靠近彼此的所述相对的衬垫端部部分与彼此间隔开所述至少一个热敏电阻器的表面安装热敏电阻器放置距离(47)。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171002 US 62/566,5761.一种制作具有集成的温度感测的红外探测器组件(10)的方法，所述方法包括：
在衬底(16)上形成至少一个红外辐射敏感元件或IR敏感元件(12、14)，其中，所述至少一个IR敏感元件被热耦合到所述衬底；
在所述衬底上形成用于(a)所述至少一个IR敏感元件和(b)至少一个热敏电阻器(34)的传导性电极衬垫(22、24、26、28、30、32)，其中，所述传导性电极衬垫被热耦合到所述衬底，并且其中，所述传导性电极衬垫和所述至少一个IR敏感元件处于中心线对称配置中，在所述中心线对称配置中，所述传导性电极衬垫和所述至少一个IR敏感元件一起关于所述红外探测器组件的平面中的至少一个轴线(36、38)中心线对称，其中，所述中心线对称配置能操作用于减少在所述红外探测器组件的温度瞬变期间所述至少一个热敏电阻器的温度与所述至少一个IR敏感元件的温度之间的热滞后时间，其中，形成所述传导性电极衬垫(22、24、26、28、30、32)包括：
(i)在所述衬底上将覆盖于所述衬底(16)上面的传导性材料沉积并图案化成用于所述至少一个IR敏感元件(12、14)中的每个IR敏感元件的至少一对((22，24)、(26，38))第一IR敏感元件传导性电极衬垫和第二IR敏感元件传导性电极衬垫，其中，每对第一IR敏感元件传导性电极衬垫和第二IR敏感元件传导性电极衬垫经由与所述对第一IR敏感元件传导性电极衬垫和第二IR敏感元件传导性电极衬垫中的每个相应衬垫的边缘部分交叠的相应的至少一个IR敏感元件的边缘部分而电耦合到所述相应的至少一个IR敏感元件，以及
(ii)在所述衬底上将覆盖于所述衬底(16)上面的传导性材料沉积并图案化成用于所述至少一个热敏电阻器(34)中的每个热敏电阻器的第一热敏电阻器传导性电极衬垫(30)和第二热敏电阻器传导性电极衬垫(32)，其中，所述第一热敏电阻器传导性电极衬垫和所述第二热敏电阻器传导性电极衬垫中的每个具有沿着相应的热敏电阻器传导性电极衬垫的长度尺寸间隔开的两个衬垫端部部分(40、42)的平面图几何结构，所述两个衬垫端部部分具有长度尺寸和宽度尺寸并且经由衬垫中间部分(44)接合，其中，所述衬垫中间部分包括热损失减少构件，所述热损失减少构件具有的宽度尺寸小于其长度尺寸，另外其中，所述衬垫中间部分的宽度尺寸小于所述两个衬垫端部部分中的每个衬垫端部部分的相应宽度尺寸，另外其中，所述第一热敏电阻器传导性电极衬垫(30)和所述第二热敏电阻器传导性电极衬垫(32)中的每个沿着与所述至少一个IR敏感元件(12、14)的所述长度尺寸平行的线一前一后地延伸，紧邻所述至少一个IR敏感元件(34)并且从那里被分开热耦合分开间距(45)；以及
执行选自包括以下项的组中的一项：
(i)在所述衬底(16)上经由沉积的电阻式热敏电阻器化学成分形成所述至少一个热敏电阻器(34)，其中，每个相应的至少一个热敏电阻器被(a)热耦合到所述衬底并且(b)电耦合在相应对所述第一热敏电阻器传导性电极衬垫和所述第二热敏电阻器传导性电极衬垫(30，32)的最靠近彼此的相对的衬垫端部部分(42)之间，其中，所述相应对所述第一热敏电阻器传导性电极衬垫和所述第二热敏电阻器传导性电极衬垫的最靠近彼此的所述相对的衬垫端部部分与彼此间隔开所述至少一个热敏电阻器的热敏电阻器元件沉积放置距离(47)，并且将具有所述传导性电极衬垫(22、24、26、28、30、32)、所述至少一个IR敏感元件(12、14)和所述至少一个热敏电阻器(34)的所述衬底(16)切割成至少一个个体红外探测器组件，以及
(ii)将具有所述传导性电极衬垫(22、24、26、28、30、32)和所述至少一个IR敏感元件(12、14)的所述衬底(16)切割成至少一个个体部分红外探测器组件，并且通过经由表面可安装电阻式热敏电阻器芯片将所述至少一个热敏电阻器(34)设置在个体切割的衬底上来完成所述至少一个个体部分红外探测器组件，其中，每个相应的至少一个热敏电阻器被(a)热耦合到所述个体切割的衬底并且(b)电耦合在相应对所述第一热敏电阻器传导性电极衬垫和所述第二热敏电阻器传导性电极衬垫(30，32)的最靠近彼此的相对的衬垫端部部分(42)之间，其中，所述相应对所述第一热敏电阻器传导性电极衬垫和所述第二热敏电阻器传导性电极衬垫的最靠近彼此的所述相对的衬垫端部部分与彼此间隔开所述至少一个热敏电阻器的表面安装热敏电阻器放置距离(47)。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述衬底(16)包括具有在0.50至0.70mm的范围内的厚度的石英衬底，并且其中，所述至少一个IR敏感元件(12、14)包括硒化铅薄膜元件。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热耦合分开间距(45)在0.10至0.30mm的范围内。


4.根据权利要求1所述的方法，其中，(i)所述至少一对第一IR敏感元件传导性电极衬垫和第二IR敏感元件传导性电极衬垫((22，24)、(26，28))以及(ii)所述至少一个热敏电阻器(34)的所述第一热敏电阻器传导性电极衬垫(30)和所述第二热敏电阻器传导性电极衬垫(32)包括单一导电材料或多于一种导电材料，其中，所述多于一种导电材料中的每种具有至少90-100％匹配的导热性。


5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述传导性电极衬垫(22、24、26、28、30、32)和所述至少一个IR敏感元件(12、14)的所述中心线对称配置能操作用于将在所述红外探测器组件(10)的温度瞬变期间所述至少一个热敏电阻器的温度与所述至少一个IR敏感元件的温度之间的所述热滞后时间减少至一秒或更少。


6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述传导性电极衬垫(22、24、26、28、30、32)包括金和铂中的至少一种。


7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个IR敏感元件(12、14)包括选自包括以下项的组中的一项：(i)单个IR敏感元件、(ii)两个IR敏感元件、以及(iii)多个IR敏感元件。


8.根据权利要求1所述的方法，另外其中，所述至少一个IR敏感元件(12、14)包括两个或更多个IR敏感元件，并且其中，所述传导性电极衬垫(22、24、26、28、30、32)和所述两个或更多个IR敏感元件处于中心线对称配置中，在所述中心线对称配置中，所述传导性电极衬垫和所述两个或更多个IR敏感元件关于所述红外探测器组件(10)的所述平面中的第一轴线(36)和第二轴线(38)中心线对称，所述第二轴线垂直于所述第一轴线。


9.根据权利要求1所述的方法，另外其中，所述至少一个热敏电阻器(34)包括两个或更多个热敏电阻器，并且其中，所述传导性电极衬垫(22、24、26、28、30、32)和所述至少一个IR敏感元件(12、14)处于中心线对称配置中，在所述中心线对称配置中，所述传导性电极衬垫和所述至少一个IR敏感元件关于所述红外探测器组件(10)的所述平面中的第一轴线(36)和第二轴线(38)中心线对称，所述第二轴线垂直于所述第一轴线。


10.根据权利要求1所述的方法，另外其中，所述至少一个IR敏感元件(12、14)包括一个或多个IR敏感元件，
其中，所述至少一个热敏电阻器(34)包括多个热敏电阻器，并且
其中，所述至少一个热敏电阻器中的每个被设置为邻近所述一个或多个IR敏感元件中的至少一个。


11.一种具有集成的温度感测的红外探测器组件(10)，包括：
在衬底(16)上形成的至少一个红外辐射敏感元件或IR敏感元件(12、14)，其中，所述至少一个IR敏感元件被热耦合到所述衬底；
在所述衬底上形成的用于(a)所述至少一个IR敏感元件和(b)至少一个热敏电阻器(34)的传导性电极衬垫(22、24、26、28、30、32)，其中，所述传导性电极衬垫被热耦合到所述衬底，并且其中，所述传导性电极衬垫和所述至少一个IR敏感元件处于中心线...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·斯坎波利，C·查科，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL