[实用新型]一种非制冷红外焦平面阵列探测器

说明书

本实用新型提供了一种非制冷红外焦平面阵列探测器，涉及红外探测器技术领域。其包括：硅衬底、桥面层、四锚柱支撑的桥臂层；桥面层设置有热敏感层和红外热辐射吸收层，桥臂层设置有钝化层和金属导电层，硅衬底设置有读出电路和金属反射层；桥面层与桥臂层相互平行设置并通过支撑柱连接，桥臂层悬空设置在硅衬底上且通过四个锚柱与硅衬底连接；桥面层和桥臂层之间具有第一真空间隙层；桥臂层和硅衬底之间具有第二真空间隙层。本实用新型提供的一种非制冷红外焦平面阵列探测器，可以增加探测器桥臂热绝缘性能，提高红外吸收层的有效面积，通过四锚柱支撑保证多层结构的平整性，稳定性，从而实现更低、均匀的探测能力。

技术领域

本实用新型涉及红外探测器技术领域，特别是涉及一种非制冷红外焦平面阵列探测器。

背景技术

任何物体在绝对零度以上都会向外界发射红外电磁热辐射，这种辐射的光波范围约是0.8～1000μm，并不能为人眼所直接看见。能够探测红外光波的红外辐射探测器，按探测原理分为光子型和热敏电阻型探测器。光子型需要工作在液氮（约77K）制冷的环境中，而热敏电阻型探测器通常工作在室温下，多个该种探测器单元pixel以二维阵列的形式（例如384×288、640×480）排列在芯片衬底上，则构成了室温红外焦平面阵列探测器（IRFPA）。

对于室温式红外探测器，工作典型波段为：8～14μm。在常温下（300K），黑体辐射的发射谱中心波长正好在10μm波段附近；并且人体以及环境中温度相近的其它物体所发射的红外热辐射，38%的能量集中在波长8～14μm范围内，该波段更适合强烈阳光、漆黑夜晚或者恶劣天气下的探测需要。

对于室温式红外焦平面阵列探测器，探测器反映外界目标温度信息的探测机理是：目标发出含有自身温度信息的红外光波热辐射，被探测器的桥面红外吸收层所吸收，由于桥臂的热绝缘作用，热敏感层被加热导致温度上升，进而引起热敏感层的电阻值（或者电阻率）发生变化，这种变化由衬底上电路读出。

传统的室温式红外探测器像元为单层结构，即桥面层、桥臂层分置于一个平面上，使得：1、红外吸收层填充比率不高，一般在65%以下，不能吸收更多的红外辐射能量；2、起到热绝缘作用的桥臂长度有限，限制了探测器的绝热能力，红外吸收的辐射能量较多散失。随著探测器像元的尺寸从25μm×25μm、17μm×17μm变化到12μm×12μm，甚至10μm×10μm或者更小，红外吸收量、桥臂的热绝缘作用就越来越显著、关键。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是要提供一种非制冷红外焦平面阵列探测器，以增加探测器桥臂热绝缘性能，提高红外吸收层的有效面积。

本实用新型的另一个目的是要提供一种非制冷红外焦平面阵列探测器，通过四锚柱支撑保证多层结构的平整性，稳定性，从而实现更低、均匀的探测能力。

特别地，本实用新型提供了一种非制冷红外焦平面阵列探测器，包括：硅衬底、桥面层、四锚柱支撑的桥臂层；所述桥面层设置有热敏感层和红外热辐射吸收层，所述桥臂层设置有钝化层和金属导电层，所述硅衬底设置有读出电路和金属反射层；所述桥面层与所述桥臂层相互平行设置并通过支撑柱连接，所述桥臂层悬空设置在所述硅衬底上且通过四个锚柱与所述硅衬底连接；所述桥面层和所述桥臂层之间具有第一真空间隙层；所述桥臂层和所述硅衬底之间具有第二真空间隙层。

可选地，所述第一真空间隙层高度为0.5～2.5μm。

可选地，所述第二真空间隙层高度为0.5～2.5μm。

可选地，所述桥臂层为若干个“几”字形回折结构的桥臂组成。

可选地，所述桥面层的热敏感层的材料为氧化钒、氧化钛、非晶锗硅或非晶硅中的一种。

可选地，所述红外热辐射吸收层的材料为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的一种。

可选地，所述红外热辐射吸收层的红外热辐射波段为8～14μm。