專利名稱：紅外探成像裝置及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紅外成像及遙感技術(shù)，尤其涉及一種紅外探成像裝置及其制備方法。
背景技術(shù)：
紅外成像及遙感技術(shù)在軍事、醫(yī)療、工程上有著廣泛的應(yīng)用，其功能是通過紅外焦平面陣列(FPA)將紅外輻射轉(zhuǎn)化成其它我們能夠識(shí)別的電、光等信號(hào)，再對(duì)光電信號(hào)進(jìn)行處理轉(zhuǎn)化成圖像信號(hào)。
然而，上述成像系統(tǒng)由于要對(duì)FPA的輸出信號(hào)進(jìn)行二次處理，處理過程信號(hào)的損耗是不可避免的。此外，上述成像系統(tǒng)無一例外的需要成顯示器和顯卡等圖像處理部件，這樣會(huì)增加成像系統(tǒng)的成本。并且，上述成像系統(tǒng)由于需要配置圖像處理單元，勢(shì)必影響其便攜性倉(cāng)泛。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題之一。為此，本發(fā)明的實(shí)施例提出一種能夠降低圖像處理?yè)p耗、成本低且便攜性高的紅外探成像裝置及其制備方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明實(shí)施例提出了一種紅外探成像裝置，所述紅外探成像裝置包括熒光屏；硅襯底，所述硅襯底與熒光屏之間施加有第一固定電壓；設(shè)置在硅襯底上的微尖端，用于在所述第一固定電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)作用下發(fā)射電子對(duì)熒光屏進(jìn)行轟擊；具有不同熱膨脹系數(shù)的雙材料梁，所述雙材料梁與所述微尖端連接，并且與所述硅襯底之間施加有第二固定電壓，以在紅外輻射導(dǎo)致所述雙材料梁產(chǎn)生彎曲時(shí)，施加在微尖端的電場(chǎng)強(qiáng)度隨之改變，微尖端場(chǎng)發(fā)射電子數(shù)隨電場(chǎng)強(qiáng)度的變化發(fā)生改變，從而改變熒光屏的亮度來產(chǎn)生圖像變化。根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施例，所述雙材料梁包括紅外吸收膜和金屬膜，所述紅外吸收膜設(shè)置在所述微尖端上，所述金屬膜與硅襯底之間施加有所述第二固定電壓。根據(jù)本發(fā)明再一步的實(shí)施例，所述紅外吸收膜為氮化硅或者氧化硅。根據(jù)本發(fā)明再一步的實(shí)施例，所述金屬膜為鋁或金。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明的實(shí)施例提出一種紅外探成像裝置的制備方法，所述制備方法包括以下步驟a)提供一個(gè)熒光屏；b)提供一個(gè)硅襯底，其中在所述硅襯底與突光屏之間施加有第一固定電壓；c)在娃襯底上設(shè)置微尖端，用于在所述第一固定電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)作用下發(fā)射電子對(duì)熒光屏進(jìn)行轟擊；以及d)在所述微尖端上連接有具有不同熱膨脹系數(shù)的雙材料梁，其中所述雙材料梁與所述硅襯底之間施加有第二固定電壓，以在紅外輻射導(dǎo)致所述雙材料梁產(chǎn)生彎曲時(shí)，施加在微尖端的電場(chǎng)強(qiáng)度隨之改變，微尖端場(chǎng)發(fā)射電子數(shù)隨電場(chǎng)強(qiáng)度的變化發(fā)生改變，從而改變熒光屏的亮度來產(chǎn)生圖像變化。根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施例，所述雙材料梁包括紅外吸收膜和金屬膜，所述紅外吸收膜設(shè)置在所述微尖端上，所述金屬膜與硅襯底之間施加有所述第二固定電壓。根據(jù)本發(fā)明再一步的實(shí)施例，所述紅外吸收膜為氮化硅或者氧化硅。根據(jù)本發(fā)明再一步的實(shí)施例，所述金屬膜為鋁或金。本發(fā)明利用微尖端在強(qiáng)電場(chǎng)下會(huì)發(fā)射電子到真空，真空中的電子在電場(chǎng)的加速作用下轟擊熒光屏?xí)a(chǎn)生可見光，并通過加入紅外敏感的第三極的變化來可以控制微尖端場(chǎng)發(fā)射電子的數(shù)目，從而改變轟擊熒光屏的電子數(shù)目，最終改變熒光屏的亮度，從而產(chǎn)生圖像。本發(fā)明能夠克服現(xiàn)有紅外成像裝置由于對(duì)FPA的信號(hào)進(jìn)行二次處理所帶來的損耗問題，克服了現(xiàn)有成像系統(tǒng)需要獨(dú)立的圖像處理單元所帶來的成本高和不便攜的問題。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖I為本發(fā)明實(shí)施例的紅外探成像裝置的制備方法流程圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的紅外探成像裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明通常涉及一種紅外探成像裝置及其制備方法。下文的公開提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化本發(fā)明的公開，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識(shí)到其他工藝的可應(yīng)用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”及/或“上方”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實(shí)施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實(shí)施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。參考圖I和圖2，圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的紅外探成像裝置的制備方法流程圖，圖2給出了本發(fā)明實(shí)施例的制備方法獲得的紅外探成像裝置的結(jié)構(gòu)。在步驟101中，首先提供一個(gè)熒光屏1，參考圖2。然后在步驟102中，提供一個(gè)硅襯底5，其中在硅襯底5與熒光屏I之間施加有第一固定電壓。在步驟103中，在硅襯底5上設(shè)置微尖端4，用于在上述第一固定電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)作用下發(fā)射電子對(duì)熒光屏進(jìn)行轟擊，產(chǎn)生可見光。微尖端4可以由硅或者鋁和金構(gòu)成。第一固定電壓的作用是從微尖端4通過場(chǎng)發(fā)射效應(yīng)引出電子，使電子到達(dá)熒光屏I時(shí)具有固 定且足夠的能量使得熒光屏I發(fā)光。在步驟104中，在微尖端4上連接有具有不同熱膨脹系數(shù)的雙材料梁，其中雙材料梁與娃襯底5之間施加有第二固定電壓。
如圖2實(shí)施例所示，雙材料梁包括紅外吸收膜3部分和金屬膜2部分，紅外吸收膜3設(shè)置在微尖端4上，金屬膜2與硅襯底5之間施加有所述第二固定電壓。雙材料梁的金屬膜2部分可以是鋁、金等導(dǎo)電金屬，雙材料梁的紅外吸收膜3部分，可以是氮化硅或者氧化硅。具有張應(yīng)力的鋁或金的導(dǎo)電金屬材料和具有壓應(yīng)力的氮化硅或氧化硅材料構(gòu)成的雙材料梁，因?yàn)榫哂胁煌臒崤蛎浵禂?shù)，從而會(huì)在溫升情況下產(chǎn)生彎曲。本發(fā)明的紅外成像裝置的工作原理如下文所述例如當(dāng)紅外成像裝置的上部發(fā)生紅外輻射，下部沒有發(fā)生時(shí)，紅外輻射透過硅襯底5，照射到具有高紅外吸收率的雙材料梁上，氮化硅或者氧化硅的紅外吸收膜3吸收紅外產(chǎn)生溫升，同時(shí)將溫升傳給上層的金屬膜2。由于熱膨脹系數(shù)不一樣導(dǎo)致雙材料梁產(chǎn)生了彎曲，當(dāng)在雙材料梁和硅襯底5之間加固定電壓時(shí)，由于雙材料梁的彎曲導(dǎo)致雙材料梁和微尖端4之間的距離發(fā)生變化，進(jìn)而在固定電壓作用下導(dǎo)致施加在微尖端4的電場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化，電場(chǎng)強(qiáng)度變化導(dǎo)致場(chǎng)發(fā)射電子數(shù)改變，從而改變微尖端4場(chǎng)發(fā)射用于轟擊熒光屏I的電流密度。這樣，熒光屏I的亮度將發(fā)生變化。因此，紅外輻射的變化引起電子轟擊熒光屏I的數(shù)目變化，從而產(chǎn)生圖像變化。本發(fā)明利用微尖端在強(qiáng)電場(chǎng)下會(huì)發(fā)射電子到真空，真空中的電子在電場(chǎng)的加速作用下轟擊熒光屏?xí)a(chǎn)生可見光，并通過加入紅外敏感的第三極的變化來可以控制電子轟擊熒光屏的數(shù)目，最終改變熒光屏的亮度，從而產(chǎn)生圖像。因此，本發(fā)明能夠克服現(xiàn)有紅外成像裝置由于對(duì)FPA的信號(hào)進(jìn)行二次處理所帶來的損耗問題，克服了現(xiàn)有成像系統(tǒng)需要獨(dú)立的圖像處理單元所帶來的成本高和不便攜的問題。雖然關(guān)于示例實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)詳細(xì)說明，應(yīng)當(dāng)理解在不脫離本發(fā)明的精神和所附權(quán)利要求限定的保護(hù)范圍的情況下，可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行各種變化、替換和修改。對(duì)于其他例子，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)容易理解在保持本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)的同時(shí)，工藝步驟的次序可以變化。此外，本發(fā)明的應(yīng)用范圍不局限于說明書中描述的特定實(shí)施例的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法及步驟。從本發(fā)明的公開內(nèi)容，作為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易地理解，對(duì)于目前已存在或者以后即將開發(fā)出的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法 或步驟，其中它們執(zhí)行與本發(fā)明描述的對(duì)應(yīng)實(shí)施例大體相同的功能或者獲得大體相同的結(jié)果，依照本發(fā)明可以對(duì)它們進(jìn)行應(yīng)用。因此，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨在將這些工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟包含在其保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種紅外探成像裝置，其特征在于，所述紅外探成像裝置包括 熒光屏； 娃襯底，所述娃襯底與突光屏之間施加有第一固定電壓； 設(shè)置在硅襯底上的微尖端，用于在所述第一固定電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)作用下發(fā)射電子對(duì)熒光屏進(jìn)行轟擊； 具有不同熱膨脹系數(shù)的雙材料梁，所述雙材料梁與所述微尖端連接，并且與所述硅襯底之間施加有第二固定電壓，以在紅外輻射導(dǎo)致所述雙材料梁產(chǎn)生彎曲時(shí)，施加在微尖端的電場(chǎng)強(qiáng)度隨之改變，微尖端場(chǎng)發(fā)射電子數(shù)隨電場(chǎng)強(qiáng)度的變化發(fā)生改變，從而改變熒光屏的亮度來產(chǎn)生圖像變化。
2.如權(quán)利要求I所述的紅外探成像裝置，其特征在于，所述雙材料梁包括紅外吸收膜和金屬膜，所述紅外吸收膜設(shè)置在所述微尖端上，所述金屬膜與硅襯底之間施加有所述第ニ固定電壓。
3.如權(quán)利要求2所述的紅外探成像裝置，其特征在于，所述紅外吸收膜為氮化硅或者氧化硅。
4.如權(quán)利要求2所述的紅外探成像裝置，其特征在于，所述金屬膜為鋁或金。
5.一種紅外探成像裝置的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟 a)提供ー個(gè)突光屏； b)提供ー個(gè)娃襯底，其中在所述娃襯底與突光屏之間施加有第一固定電壓； c)在硅襯底上設(shè)置微尖端，用于在所述第一固定電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)作用下發(fā)射電子對(duì)熒光屏進(jìn)行轟擊；以及 d)在所述微尖端上連接有具有不同熱膨脹系數(shù)的雙材料梁，其中所述雙材料梁與所述硅襯底之間施加有第二固定電壓，以在紅外輻射導(dǎo)致所述雙材料梁產(chǎn)生彎曲時(shí)，施加在微尖端的電場(chǎng)強(qiáng)度隨之改變，微尖端場(chǎng)發(fā)射電子數(shù)隨電場(chǎng)強(qiáng)度的變化發(fā)生改變，從而改變熒光屏的亮度來產(chǎn)生圖像變化。
6.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述雙材料梁包括紅外吸收膜和金屬膜，所述紅外吸收膜設(shè)置在所述微尖端上，所述金屬膜與硅襯底之間施加有所述第二固定電壓。
7.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述紅外吸收膜為氮化硅或者氧化硅。
8.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述金屬膜為鋁或金。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種紅外探成像裝置及其制備方法，所述制備方法包括以下步驟a)提供一個(gè)熒光屏；b)提供一個(gè)硅襯底，其中在硅襯底與熒光屏之間施加有第一固定電壓；c)在硅襯底上設(shè)置微尖端，用于在第一固定電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)作用下發(fā)射電子對(duì)熒光屏進(jìn)行轟擊；以及d)在微尖端上連接有具有不同熱膨脹系數(shù)的雙材料梁，其中雙材料梁與硅襯底之間施加有第二固定電壓，以在紅外輻射導(dǎo)致雙材料梁產(chǎn)生彎曲時(shí)，施加在微尖端的電場(chǎng)強(qiáng)度隨之改變，微尖端場(chǎng)發(fā)射的電子數(shù)隨電場(chǎng)強(qiáng)度的變化發(fā)生改變，從而改變熒光屏的亮度來產(chǎn)生圖像變化。本發(fā)明具有圖像處理?yè)p耗低、成本低以及便攜性好的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01J31/49GK102651298SQ20111004508
公開日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2011年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月23日
發(fā)明者董立軍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所