红外探测器及多波段非制冷红外焦平面制造技术

本实用新型专利技术红外探测器包括基底结构、微桥结构，基底结构包括含有读出电路的硅衬底基底、两个读出电路电极、反射层，微桥结构包括微桥桥面、两个支撑柱、两个支撑桥腿。反射层位于硅衬底基底的一端面上；两个读出电路电极呈对角线分布，与反射层位于硅衬底基底的同一端面上，且互不接触；两个支撑桥腿各有一端与桥面相连，另一端经由支撑柱、读出电路电极分别与读出电路相连；使桥面悬空于反射层之上，二者之间形成光学谐振腔；桥面自光学谐振腔向上分布有支撑层、热敏层、钝化层、电磁波激发层。此外，还提供一种多波段红外焦平面。本实用新型专利技术就实现一种结构简单、体积小、制作工艺难度低、低成本、高成品率的多波段非制冷红外焦平面。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及红外探测与成像
，尤其涉 及一种采用MEMS技术制作的多波段非制冷红外焦平面。
技术介绍
红外成像技术作为一种广泛使用的夜视技术，与其它夜视技术(人工照明、微光成像)相比，红外成像技术不需要任何辅助照明方式或微光条件，在完全没有光照条件下直接对物体的红外辐射成像。而且红外成像在雾、云、烟和灰尘等环境条件下均能提供优良的图像性能，彻底摆脱了人工照明或弱光成像的技术限制，因此被称为第三代全天候成像技术。非制冷红外成像技术相对于制冷型探测器，具有成本低、体积小、功耗低的特点。 随着非制冷红外探测器技术水平的不断提高，在许多的应用场合已经逐步取代制冷型红外探测器，成为更多红外夜视仪系统广泛采用的成像核心芯片，从而具有非常广阔的民事和国防应用前景。目前商业化的非制冷红外焦平面产品所采用的材料主要有无定形硅(Amorphous silicon( α-Si))、氧化 凡(Vanadium oxide (VOx))禾口钛酸,思钡(Barium strontium titanate (BST))三种。非制冷红外焦平面成像原理可简述为，当探测器吸收外界红外辐射能量，探测器的温度会发生变化采用无定形硅和氧化钒材料则探测器通过电阻变化将温度变化转换成电信号；采用钛酸锶钡材料则探测器通过电容变化将温度变化转换成电信号；然后再根据电信号的大小，换算成目标物体的温度，从而得到目标物体的温度分布，对目标物体进行成像。目前，非制冷红外成像波段主要集中在长波红外波段(8 μ m 14 μ m)，而成像波段位于中波红外波段(3μπι 5μπι)的产品比较少。这两个波段成像均有各自的优点长波红外成像技术成熟，灵敏度高，对烟雾的穿透能力比较强，能够对大部分目标提供优异的成像效果；中波红外成像背景辐射干扰小，在湿度比较大的环境中可视距离优于长波红外， 在导弹预警方面有重要的应用。由于长波红外成像和中波红外成像各具优点，且提供不同的光谱信息，所以美国的一些先进夜间战术成像系统同时配备有长波红外和中波红外成像系统。近年来，多波段红外成像技术引起了许多公司和研究机构的兴趣。为了实现多波段成像，红外成像系统一般采用多个对不同波段响应的探测器，这样的系统设计复杂，体积、重量、功耗均比较大，而且成本高。国外在红外多波段成像方面，美国雷神公司在2009年12月申请了多波段成像专禾丨J (美国专禾丨J，名称Dual Band Imager with Visible or SffIR Detectors Combined with Uncooled LffIR Detectors，专利号:US 7，629，582 B2,公开日期2009. 12.8)。该专利的技术方案是采用光子型探测器和热敏型探测器混合集成的方式，光子型探测器作为短波红外探测器，而热敏型探测器作为长波红外探测器。该专利技术方案的优点是短波红外和长波红外的探测器分别采用不同的器件，而且采用层叠的方式混合集成在一起，短波红外探测器对长波红外具有很高的透过率，所以短波红外探测器和长波红外探测器互不影响，分辨率高。缺点是工艺难度很大，由于采用两种不同原理的器件，读出电路设计非常复杂。 国内在红外多波段成像方面，中国电子科技集团公司第十三研究所在2009年12 月申请了一个双波段成像专利(中国专利，名称一种MEMS非制冷双波段红外探测器及其制备，申请号200910228000. 6，公开日期2010. 05. 26)。该专利采用通过调节光学谐振腔长度的方式实现双波段成像。该专利的优点是原理比较简单，容易设计。缺点是采用双层微桥结构，而且两层微桥结构分别独立，使得结构复杂，工艺实现难度很大；由于需要额外的对谐振腔长的控制，也增加了读出电路设计的难度。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种实现简单、可降低成像系统的体积、 重量和功耗，且低成本的多波段非制冷红外焦平面。作为本技术技术方案的一方面，提供一种红外探测器，包括基底结构、微桥结构，所述基底结构包括含有读出电路的硅衬底基底、两个读出电路电极、反射层，所述微桥结构包括微桥桥面、两个支撑柱、两个支撑桥腿，其中，所述反射层位于所述硅衬底基底的一端面上；所述两个读出电路电极呈对角线分布，与所述反射层位于所述硅衬底基底的同一端面上；所述两个支撑桥腿各有一端与所述微桥桥面相连，另一端经由所述两个支撑柱和两个读出电路电极分别与所述硅衬底基底上的读出电路相连；使得所述微桥桥面悬空于所述反射层之上，在所述微桥桥面与所述反射层之间形成一光学谐振腔；所述微桥桥面自所述光学谐振腔向上依次分布有支撑层、热敏层、钝化层，特别地，所述微桥桥面还包括一电磁波激发层，所述电磁波激发层位于所述钝化层之上，与所述钝化层紧密接触。进一步地，所述电磁波激发层通过在极化材料上制作阵列型亚波长微结构实现。进一步地，所述极化材料为能与外部输入的红外辐射信号发生耦合作用的金属材料或者电介质材料中的一种。进一步地，所述金属材料为金、银、钼、镍、钛、钨中的一种；所述电介质材料为碳化硅、氧化锌、砷化镓中的一种。进一步地，所述阵列型亚波长微结构由多个微结构单元规则排列形成。进一步地，所述微结构单元的形状为矩形、圆形、多边形中的一种或多种。进一步地，所述微结构单元的周期基本与欲选波段的中心波长相同，所述微结构单元的尺寸约为周期的一半。作为本技术技术方案的另一方面，本技术还提供一种多波段非制冷红外焦平面，所述焦平面上规则排布或者不规则排布有多个上述能吸收不同波段红外辐射信号的红外探测器。本技术的有益效果是本技术技术方案在现有非制冷红外探测器技术方案的基础上进一步改进，增加一电磁波激发层，由电磁波激发层与入射红外辐射信号之间发生耦合作用实现光谱选择，进而实现红外焦平面的多波段红外成像。由本技术技术方案构成的红外焦平面具有结构简单、体积小、制作工艺难度系数低、低成本、高成品率等优点，同时，由于本技术是在现有成熟的非制冷探测器工艺上进行的改进，这就无需再重新设计读出电路，大大缩短了研发周期、降低研发成本和产品成本附图说明图1为本技术红外探测器的结构示意图；图2为图1中的红外探测器的A-A'剖面结构示意图；图3为本技术中电磁波激发层的阵列型亚波长微结构的第一种构成示意图；图4为本技术中电磁波激发层的阵列型亚波长微结构的第二种构成示意图；图5为本技术中电磁波激发层的阵列型亚波长微结构的第三种构成示意图；图6为电磁波耦合中心波长与极化材料、阵列排布方式和周期之间的关系示意图；图7a为本技术中的基底结构在A-A'方向的截面示意图；图7b为本技术中的牺牲层在A-A'方向的截面示意图；图7c为制作牺牲层通孔后牺牲层在A-A'方向的截面示意图；图7d为本技术中的支撑层在A-A'方向的截面示意图；图7e为本技术中的热敏层在A-A'方向的截面示意图；图7f为本技术中的钝化层在A-A'方向的截面示意图；图7g制作电极接触孔与热敏层接触孔后钝化层在A-A ‘方向的截面示意图；图7h为本技术中的金属接触电极在A-A'方向的截面示意图；图7i为本技术中的电磁波激发层在A-A'方向的截面示意图；图7j为本技术中的微桥结构在本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种红外探测器，包括基底结构、微桥结构，所述基底结构包括含有读出电路的硅衬底基底、两个读出电路电极、反射层，所述微桥结构包括微桥桥面、两个支撑柱、两个支撑桥腿，其中，所述反射层位于所述硅衬底基底的一端面上；所述两个读出电路电极呈对角线分布，与所述反射层位于所述硅衬底基底的同一端面上，且与所述反射层互不接触；所述两个支撑桥腿各有一端与所述微桥桥面相连，另一端经由所述两个支撑柱和两个读出电路电极分别与所述硅衬底基底上的读出电路相连；使得所述微桥桥面悬空于所述反射层之上，在所述微桥桥面与所述反射层之间形成一光学谐振腔；所述微桥桥面自所述光学谐振腔向上依次分布有支撑层、热敏层、钝化层，其特征在于，所述微桥桥面还包括一电磁波激发层，所述电磁波激发层位于所述钝化层之上，与所述钝化层紧密接触。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁华锋，王宏臣，陈文礼，魏慧娟，
申请(专利权)人：烟台艾睿光电科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：37