定標(biāo)黑體光源的制備方法及定標(biāo)黑體光源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及紅外技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種定標(biāo)黑體光源的制備方法及集成黑體薄膜、加熱源、溫度傳感器的定標(biāo)黑體光源。
【背景技術(shù)】
[0002]定標(biāo)黑體光源是紅外掃描儀的重要組成部分，其性能的好壞會(huì)影響到紅外成像的質(zhì)量。其中，定標(biāo)黑體光源的溫度控制精度和溫度均勻性是定標(biāo)黑體光源能否滿足試驗(yàn)需求的關(guān)鍵。
[0003]傳統(tǒng)的定標(biāo)黑體光源主要由3個(gè)部分組成:輻射黑體，電熱源，溫度傳感器。輻射黑體一般是在熱導(dǎo)率較高的襯底上制作高發(fā)射率涂層，其表面發(fā)射率非常接近1;由輻射黑體周圍或背面的電熱源對輻射黑體進(jìn)行加熱，使其輻射出一定強(qiáng)度的紅外光;溫度傳感器貼附于輻射黑體附近，采用直接或間接的方式測量輻射黑體的物理溫度，反饋到外界控制電路中，從而調(diào)整加熱功率，使黑體薄膜逐漸達(dá)到目標(biāo)加熱溫度。
[0004]為了使輻射面的溫度具有較高的均勻性，目前主要采用熱管在輻射黑體的背面對其進(jìn)行加熱。雖然熱管具有較快的升溫速度和加熱均勻性，但由于體積、重量較大，加熱功耗非常高，往往達(dá)到上百瓦甚至上千瓦，并且由于熱量大，散熱速度非常慢，從而導(dǎo)致定標(biāo)黑體溫度穩(wěn)定的實(shí)際時(shí)間需要達(dá)到30-40分鐘。
[0005]雖然在紅外傳感領(lǐng)域出現(xiàn)了各種追求低功耗、快速響應(yīng)的紅外光源芯片，但由于用途不同，這些芯片結(jié)構(gòu)往往設(shè)計(jì)成懸空薄膜結(jié)構(gòu)或其它節(jié)能結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致輻射面的溫度呈明顯的梯度分布，因此無法用作定標(biāo)黑體光源。
[0006]有鑒于此，有必要對現(xiàn)有的定標(biāo)黑體光源的制備方法及定標(biāo)黑體光源予以改進(jìn)，以解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種定標(biāo)黑體光源的制備方法及集成黑體薄膜、加熱源、溫度傳感器的定標(biāo)黑體光源。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種定標(biāo)黑體光源的制備方法，包括如下步驟:提供薄片襯底，并在所述襯底表面制作第一絕緣層;在所述第一絕緣層背離所述襯底的一側(cè)的表面制作加熱源，所述加熱源具有可與外電路實(shí)現(xiàn)電性連接的引線區(qū)；在所述加熱源背離所述第一絕緣層的一側(cè)的表面制作第二絕緣層;在第一絕緣層或第二絕緣層背離所述襯底的一側(cè)的表面制作溫度傳感器;使所述溫度傳感器與所述引線區(qū)背離所述襯底的一側(cè)形成向外暴露以與外電路實(shí)現(xiàn)電性連接的引線通道;在所述第二絕緣層背離所述加熱源的一側(cè)的表面制作黑體薄膜。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述定標(biāo)黑體光源的制備方法還包括如下步驟:
在所述襯底背離所述第一絕緣層的一側(cè)的表面制作第三絕緣層；
在所述第三絕緣層背離所述襯底的一側(cè)的表面制作發(fā)射薄膜，所述發(fā)射薄膜的發(fā)射率低于所述襯底的發(fā)射率。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述襯底為雙面拋光的金屬片或者硅片。
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述溫度傳感器采用Pt電阻。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述黑體薄膜與所述溫度傳感器并排設(shè)置于所述第二絕緣層上；形成所述引線通道時(shí)去除所述第二絕緣層上遮覆所述引線區(qū)的部分結(jié)構(gòu)，以使得所述溫度傳感器和所述加熱源的引線區(qū)都露出并可與外電路相連。
[0013]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述溫度傳感器設(shè)置于所述第一絕緣層上，形成所述引線通道時(shí)去除所述第二絕緣層上遮覆所述引線區(qū)和所述溫度傳感器的部分結(jié)構(gòu)，以使得所述溫度傳感器和所述加熱源的引線區(qū)都露出并可與外電路相連。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述黑體薄膜的面積小于所述第二絕緣層的面積。
[0015]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述黑體薄膜的面積小于或等于所述第二絕緣層的面積。
[0016]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述溫度傳感器設(shè)置于所述第一絕緣層上，將所述加熱源制作于所述第一絕緣層上未設(shè)置所述溫度傳感器的位置上;將所述第二絕緣層制作于所述加熱源上除所述引線區(qū)外的位置上。
[0017]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明還提供一種采用所述的定標(biāo)黑體光源的制備方法制備的定標(biāo)黑體光源。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的定標(biāo)黑體光源的制備方法將所述黑體薄膜、加熱源、溫度傳感器實(shí)現(xiàn)單片集成形成定標(biāo)黑體光源，通過加熱源給所述黑體薄膜加熱，使所述黑體薄膜輻射出對應(yīng)光譜特征的物理溫度；通過溫度傳感器測量所述黑體薄膜的物理溫度，便于外電路調(diào)整加熱功率，使黑體薄膜逐漸達(dá)到目標(biāo)加熱溫度，實(shí)現(xiàn)溫度的精確控制。同時(shí)，由于采用薄片結(jié)構(gòu)，所述黑體薄膜的熱質(zhì)量小，升溫、降溫速度快，溫度穩(wěn)定時(shí)間僅需5-10分鐘，對于面積在5cm2的光源芯片，輻射溫度達(dá)到500°C時(shí)，功耗僅在50W以下，并且體積小，易于集成在成像系統(tǒng)內(nèi)部。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的定標(biāo)黑體光源的襯底結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是在圖1所示的襯底的表面上制作第一絕緣層后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3是在圖2所示的第一絕緣層背離所述襯底的一側(cè)的表面制作加熱源后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4是在圖3所示的所述加熱源背離所述第一絕緣層的一側(cè)制作第二絕緣層后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖5是在圖4所示的所述第二絕緣層上制作所述溫度傳感器后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖6是在圖5基礎(chǔ)上去除所述第二絕緣層遮覆所述加熱源的部分結(jié)構(gòu)后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖7是在圖6基礎(chǔ)上在所述第二絕緣層背離所述加熱源的一側(cè)的表面上制作黑體薄膜后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖8是單個(gè)定標(biāo)黑體光源的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0028]請參圖1?圖7所示為本發(fā)明的定標(biāo)黑體光源的制備方法，包括如下步驟:
提供厚度均勻的薄片形襯底1，并在所述襯底1表面制作一定厚度的第一絕緣層2;在所述第一絕緣層2背離所述襯底1的一側(cè)的表面制作加熱源3，所述加熱源3具有可與外電路實(shí)現(xiàn)電性連接的引線區(qū)31;在所述加熱源3背離所述第一絕緣層2的一側(cè)的表面制作一定厚度的第二絕緣層4;在所述第一絕緣層2或第二絕緣層4背離所述襯底1的一側(cè)的表面上制作溫度傳感器5;使所述溫度傳感器5與所述引線區(qū)31背離所述襯底1的一側(cè)形成向外暴露以與外電路實(shí)現(xiàn)電性連接的引線通道(未標(biāo)號)；在所述第二絕緣層4上用物理沉積、化學(xué)沉積、或者電鍍的方法制作黑體薄膜6。
[0029]需要說明的是，當(dāng)所述溫度傳感器5設(shè)有與外電路連接的接線區(qū)(未標(biāo)號)時(shí)，“使所述溫度傳感器5與所述引線區(qū)31背離所述襯底1的一側(cè)形成向外暴露以與外電路實(shí)現(xiàn)電性連接的引線通道所”可以理解為“使所述溫度傳感器5的接線區(qū)或整個(gè)所述溫度傳感器5與所述引線區(qū)31背離所述襯底1的一側(cè)形成向外暴露以與外電路實(shí)現(xiàn)電性連接的引線通道ο
[0030]另外，所述定標(biāo)黑體光源的制備方法還可以選擇性地包括如下步驟:在所述襯底1背離所述第一絕緣層2的一側(cè)的表面制作第三絕緣層(未圖示)；在所述第三絕緣層背離所述襯底1的一側(cè)的表面制作低發(fā)射率的發(fā)射薄膜(未圖示)，例如金、鈦等;所述發(fā)射薄膜的熱輻射的發(fā)射率低于所述襯底本身材料的發(fā)射率，從而有效降低非功能區(qū)熱輻射的損耗。
[0031]具體地，所述襯底1采用厚度均勻、熱導(dǎo)率高的薄片形襯底1，如雙面拋光的銅片等金屬片或者硅片;能夠?qū)崿F(xiàn)所述定標(biāo)黑體光源物理溫度的高度一致性。
[0032]所述加熱源3為Pt等材料制備的金屬電極，可設(shè)計(jì)成蛇形或塊形，以均勾地給所述黑體薄膜6加熱。
[0033]所述溫度傳感器5采用Pt電阻絲結(jié)構(gòu)，利用Pt電阻率隨溫度變化而變化的性質(zhì)，反應(yīng)Pt電阻絲所在區(qū)域的溫度，便于外電路控制加熱功率，逐步達(dá)到所述黑體薄膜6需要的目標(biāo)溫度。
[0034]在所述溫度傳感器5設(shè)置于所述第二絕緣層4的實(shí)施例中，所述溫度傳感器5設(shè)置于所述第二絕緣層4背離所述加熱源3的一側(cè)的表面上，所述黑體薄膜6與所述溫度傳感器5并排設(shè)置于所述第二絕緣層4上，所述溫度傳感器5位于所述黑體薄膜6的邊緣;所述黑體薄膜6不覆蓋所述溫度傳感器5，所述黑體薄膜6的面積小于所述第二絕緣層4的面積;也即所述黑體薄膜6與所述溫度傳感器5以及引線區(qū)31在平行于所述硅片襯底1所在平面的方向上交錯(cuò)設(shè)置，不發(fā)生交疊;也即所述黑體薄膜6、所述溫度傳感器5以及所述引線區(qū)31沿垂直于所述襯底1的方向在所述襯底1上的正投影不重合。
[0035]此實(shí)施例中，由于所述溫度傳感器5背離所述襯底1的一側(cè)無其他結(jié)構(gòu)，形成所述引線通道時(shí)只需去除所述第二絕緣層4上遮覆所述引線區(qū)31的部分結(jié)構(gòu)即可。
[0036]以下將結(jié)合圖1?圖8，以硅片為襯底1，將所述溫度傳感器5設(shè)置于所述第二絕緣層4上為例，來具體說明本發(fā)明的定標(biāo)黑體光源的制備方法: 如圖1所示，提供一片單面拋光的硅片，用化學(xué)機(jī)械拋光方法對其背面的非拋光面進(jìn)行減薄至所需厚度，并將所述非拋光面拋光至鏡面；
如圖2所示，用PECVD方法在所述硅片上的拋光面生長Si02層形成第一絕緣層2;
如圖3所示，用PVD沉積方法在所述第一絕緣層2背離所述硅片的一側(cè)的表面上制作鉑金屬層，并將其圖形化形成加熱源3;
如圖4所示，在所述加熱源3背離所述第一絕緣層2的一側(cè)的表面上用PECVD方法再生長一層Si02層形成第二絕緣層4 ；
如圖5所示，在所述第二絕緣層4背離所述加熱源3的一側(cè)的表面上用PVD沉積的方法制作鉑金屬層，并圖形化形成