[发明专利]等离激元声波谐振双波段红外传感器

说明书

等离激元声波谐振双波段红外传感器涉及红外传感技术领域，解决了现有技术中吸收率较低和双波段吸收增加吸收层厚度的问题，包括依次连接的读出集成电路衬底、薄膜体声波谐振器、介质层和金属阵列层，金属阵列层包括复数个金属单元，每个金属单元由两种不同尺寸的金属块组成。本发明非制冷红外传感器通过在薄膜体声波谐振器表面集成介质层和金属阵列层，实现非制冷红外传感器对红外光谱的增强吸收，吸收率从20％提高到80％以上，同时通过金属块尺寸变换实现双波段，不增加吸收层厚度且红外传感器传感性能优良；通过集成方式制造，可批量生产，且成本低廉；既有传统非制冷红外传感的优点，同时响应快速、传感灵敏度高。

技术领域

本发明涉及红外传感技术领域，具体涉及等离激元声波谐振双波段红外传感器。

背景技术

根据工作的温度不同，红外传感器一般分为制冷型和非制冷型两大类。制冷型红外传感器通常由半导体材料制成。利用某些材料的光电效应，光敏材料吸收光子后，引起电学参数的改变。为了抑制热载流子及噪声，制冷型红外传感器工作温度通常在77K以下。需要利用制冷机或者液氮等制冷，这将导致其体积和重量相对较大，价格也比较昂贵。非制冷型红外传感器也叫室温传感器，可在室温条件下工作而无需制冷，因此具有更易于便携等优点。非制冷红外传感器一般是热传感器，即通过传感红外辐射的热效应来工作。非制冷红外传感器因其省略了体积庞大、价格昂贵的制冷机构，在体积、重量、寿命、成本、功耗、启动速度及稳定性等方面相比于制冷型红外传感器具有优势。但在响应时间、传感灵敏度方面较制冷型红外传感器存在差距。

近年来，随着微纳传感技术的发展，薄膜体声波谐振器的应用也扩展到非制冷红外传感器领域。一方面，薄膜体声波谐振器通常具有微型的尺寸，抗外界干扰能力更强；另一方面，薄膜体声波谐振器通常工作在谐振模拟，且具有很高的品质因数，所以器件表现出很高的灵敏度；以上两个方面促使基于薄膜体声波谐振器的非制冷红外传感器表现出优秀的信噪比指标。另外，薄膜体声波谐振器采用频率读出电路方式，该种方式可以有效抑制闪烁噪声(1/f噪声)。

然而薄膜体声波谐振器的敏感表面对红外辐射的吸收率较低，一般小于20％，且对入射频谱没有选择性。从而导致基于薄膜体声波谐振器的非制冷红外传感器对红外辐射的吸收率较低。

目前，非制冷红外传感器通常只能传感某一波段范围内的红外辐射。如果要实现中波和长波双色吸收，需要设计双材料吸收层结构，通过不同材料对不同谱段的吸收，实现双色传感。但该方法受材料制备应力限制，材料选择范围有限并且增加吸收层厚度，会影响非制冷红外传感器性能。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供等离激元声波谐振双波段红外传感器。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

等离激元声波谐振双波段红外传感器，包括薄膜体声波谐振器，该红外传感器还包括连接薄膜体声波谐振器的读出集成电路衬底、位于薄膜体声波谐振器上表面上的介质层和位于介质层上表面上的金属阵列层，所述金属阵列层包括复数个金属单元，每个金属单元由两种不同尺寸的金属块组成。

本发明的有益效果是：

1、通过在薄膜体声波谐振器表面集成介质层和金属阵列层的结构，利用金属阵列层实现对红外光谱的增强吸收，吸收的能量作用于薄膜体声波谐振器上，克服了薄膜体声波谐振器的敏感表面对红外辐射的吸收率较低的问题，将非制冷红外传感器的吸收率提高到80％以上。

2、通过复数个由两种不同尺寸的金属块组成的金属阵列层实现双波段吸收，克服了双材料吸收层结构的不足，金属阵列层无需双材料吸收层结构和增加吸收层厚度，工艺制作简单，对应的红外传感器拥有优良、稳定、可靠的红外传感性能。

3、本发明的非制冷红外传感器是薄膜结构，相比于以往微桥结构的非制冷红外传感器在抗震性能和像元一致性等方面具有明显优势。