[发明专利]一种非制冷红外成像焦平面阵列探测器

说明书

技术领域

本发明涉及红外成像探测器技术领域，尤其涉及一种非制冷红外成像焦平面阵列探测器。

背景技术

一切温度高于绝对零度的物体均可产生红外辐射，且该辐射的强度及能量分布与物体温度有关，载有物体的特征信息。通过检测物体的红外辐射，可将人类不可见的红外图景转化为可见的图像。

常见的红外探测装置一般可分为量子型红外辐射探测器和热型红外辐射探测器两种。其中量子型红外探测器将红外辐射的光子能量直接转化为电子能量，而热型红外探测器则是通过检测目标物体的红外辐射引起的探测器温度变化来捕捉红外信息。

由于红外光光子的受激电子能量与室温下的电子热运动能量相当，因此量子型的红外探测器需要用液氮（77K）制冷以抑制电子热运动，这导致量子型红外探测器价格昂贵。

热型红外探测器无需液氮制冷，大大减少了制作成本，使红外技术大面积应用成为可能。常见的基于热电效应工作的探测器，由于输入电流会在探测器单元上产生附加热量，所以这种探测器很难准确检测到入射的红外辐射，同时金属导线的存在使单元间热隔离困难，限制了温升性能，且热电效应都很微弱，这就需要与之配合的读出电路具有极高的信噪比和增益，这不仅增加了设计困难，而且提高了器件成本。应用光-机械原理的光读出非制冷红外焦平面阵列，大多采用双材料悬臂梁阵列结构，检测单元吸收入射红外光后温度升高，并发生热致形变，再由光学读出系统非接触检测形变，便得到了目标的红外信息。光读出的探测器无需互联导线，单元间热隔离更加容易，也省去了读出电路的设计和制作，大大降低了开发成本。

目前采用的光读出非制冷焦平面阵列通常在硅衬底上制作，包括带有牺牲层的多层双材料悬臂梁热隔离结构和镂空单层双材料悬臂梁热隔离结构。前者需要保留硅衬底，于是当红外线经过硅衬底时，会因反射现象损失40%的红外光，这将降低探测器的灵敏度；后者虽无硅衬底反射，红外辐射的利用率很高，然而这种结构需要长时间背腔腐蚀工艺和可靠地应力控制技术来制作凭证薄膜上全镂空结构阵列，对制作工艺有很高的要求，同时这种的图形利用率低，难以进一步降低像素面积并提高分辨率。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种非制冷红外成像焦平面阵列探测器，该探测器包括：透明衬底、具有高热导系数的衬底传热结构和微悬臂梁单元，其中，所述微悬臂梁单元以非嵌套方式通过所述衬底传热结构平铺于所述透明衬底上；

所述微悬臂梁单元包括热形变结构、反光板复合结构和支撑结构；

所述支撑结构与所述热形变结构各有两组，分别位于所述反光板复合结构的两侧，每组热形变结构一端与所述支撑结构相连接，一端与所述反光板复合结构相连接；

所述反光板复合结构采用双材料结构，其中，朝向所述透明衬底的一侧由金属材料制作，而朝向目标物体的一层由具有高红外吸收系数的材料制作。

通过本发明实施例所提供的非制冷红外成像焦平面阵列探测器对目标物体进行检测时，来自目标物体的红外光直接照射在探测器的红外吸收层上，避免了硅衬底对于来自目标物体的红外辐射的反射所造成的能量的损失，从而提高了测量的灵敏度。第二，由于该探测器所采用的透明衬底，目标物体可置于探测器所在平面非衬底所在一侧，因而无需将微悬臂梁单元下方的衬底掏空，降低了工艺复杂度，并提高了产品的成品率。第三，由于该探测器具有衬底传热结构，减低了微悬臂梁单元之间的热串扰，从而降低了探测器工作环境温度改变对于测量结果的影响，有利于提高成像质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种非制冷红外成像焦平面阵列探测器结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的非制冷红外成像焦平面阵列探测器中由多个微悬臂梁单元及多个衬底传热结构所组成的阵列结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的非制冷红外成像焦平面阵列探测器中微悬臂梁单元的结构示意图；

图4为本发明实施例所提供的非制冷红外成像焦平面阵列探测器中热形变结构的结构示意图。

具体实施方式