專利名稱：內(nèi)調(diào)制型鐵電非制冷紅外焦平面探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紅外成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種可以提高鐵電探測器幀頻和探測率的內(nèi)調(diào)制 型鐵電非制冷紅外焦平面探測器。
背景技術(shù)：
鐵電材料的極化性質(zhì)決定了鐵電型探測器工作時需要溫度調(diào)制，目前采用外加斬波器調(diào) 制場景輻射強度的調(diào)制方式是依賴光能損失和探測器的自然導(dǎo)熱完成調(diào)制的，探測器的探測 率小、幀頻低。進一步分析可知，光能損失必然會引起探測率的降低，還且不管是混合結(jié)構(gòu) 還是微橋結(jié)構(gòu)的探測器，其幾何結(jié)構(gòu)決定了熱學(xué)參數(shù)，熱學(xué)參數(shù)決定工作幀頻，受探測器熱 學(xué)結(jié)構(gòu)和工藝技術(shù)限制，所以目前的鐵電探測器幀頻難以提高，不適應(yīng)制導(dǎo)等高幀頻情況的 應(yīng)用要求。此外與器件分離的調(diào)制器或斬波器的應(yīng)用形式增大了整機開發(fā)應(yīng)用難度，尤其是 在有幀頻要求和體積要求的紅外成像系統(tǒng)中。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有鐵電探測器的技術(shù)不足，本發(fā)明提出一種內(nèi)調(diào)制型鐵電非制冷紅外焦平面探測 器，本發(fā)明減少了電極數(shù)量，增大了器件的填充因子(>90% )，有利于縮小探測元間距(pitch); 減少了光能損失，提高了器件的歸一化探測率，有利于提高器件作用距離的熱靈敏度；器件
幀頻由原來的熱學(xué)結(jié)構(gòu)控制變成人為控制，大大提高了器件的幀頻，有利于器件在高幀頻情
況下的應(yīng)用；去掉了器件的熱隔離微橋結(jié)構(gòu)，簡化了制作工藝；增加了器件的調(diào)制功能，省 去了外部的斬波器，降低了整機開發(fā)難度。
本發(fā)明提出的內(nèi)調(diào)制型鐵電非制冷紅外焦平面探測器，包括鐵電列陣、量子阱調(diào)制器、 讀出電路和半導(dǎo)體熱電恒溫器，其特征在于最上面為鐵電列陣，其次是量子阱調(diào)制器，再 次為讀出電路，最底層為半導(dǎo)體熱電恒溫器，各部分都為平面結(jié)構(gòu)，通過疊加粘接和互連方 式集成為探測器芯片。
所述的探測器芯片的溫度調(diào)制通過鐵電列陣與讀出電路之間設(shè)置的量子阱調(diào)制器完成。


圖1是本發(fā)明的鐵電列陣背光面為公共電極的探測器結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明的鐵電列陣迎光面為公共電極的探測器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中各構(gòu)件標(biāo)號為鐵電列陣l、量子阱調(diào)制器2、讀出電路3、半導(dǎo)體熱電恒溫器4。
具體實施例方式
圖中所示為本發(fā)明提出的內(nèi)調(diào)制型鐵電非制冷紅外焦平面探測器，探測器主要由鐵電列 陣l、量子阱調(diào)制器2、讀出電路3和半導(dǎo)體熱電恒溫器4組成，各部分都為平面結(jié)構(gòu)，通過 粘接和互連工藝集成為一個整體。鐵電列陣1的作用是吸收光能，實現(xiàn)光熱熱電轉(zhuǎn)換。量子 阱調(diào)制器2的作用是周期性地改變鐵電列陣1的溫度，實現(xiàn)溫度調(diào)制。讀出電路3的作用是 放大并傳輸探測元上的電信號。半導(dǎo)體熱電恒溫器4的作用是穩(wěn)定芯片溫度。如圖1所示， 鐵電列陣1的迎光面為分立電極，背光面為公共電極，每個探測元上的電極數(shù)由原來的2個 變成了1個。如圖2所示，鐵電列陣1的公共電極與原來相反，即迎光面為公共電極，背光 面為分立電極，這樣鐵電列陣1與讀出電路3的互連相對簡化。量子阱調(diào)制器2上下兩面分 別為電極，中間為量子阱結(jié)構(gòu)層，其內(nèi)設(shè)有供鐵電列陣1上電極與讀出電路3相連的通孔。 量子阱調(diào)制器2的下面為讀出電路3，量子阱調(diào)制器2可以與讀出電路3集成為一體。讀出 電路3的下面為半導(dǎo)體熱電恒溫器，功能沒有變化。
從光的傳播方向看，最上面為鐵電列陣l，其次是量子阱調(diào)制器2，再次為讀出電路3， 最底層為半導(dǎo)體熱電恒溫器4。內(nèi)調(diào)制型鐵電探測器采用溫度調(diào)制方式(內(nèi)調(diào)制)，而不是現(xiàn) 在的能量調(diào)制方式(外調(diào)制)，溫度調(diào)制通過集成在探測器內(nèi)部的量子阱調(diào)制器2完成。上述 器件的4個部分皆為近似平面結(jié)構(gòu)，通過疊加方式集成為探測器芯片，工藝上與半導(dǎo)體制作 工藝兼容。器件的公共電極可以做在鐵電列陣的迎光面上，也可以做在鐵電列陣的背光面上。
所述的探測器減少了一個電極，增大了器件的填充因子，有利于縮小探測元間距。提高 了器件的光能利用率，相當(dāng)于提高了器件的探測力D、有利于擴大器件的作用距離。
采用溫度調(diào)制方式而不是光能調(diào)制方式，調(diào)制速度加快，相當(dāng)于提高了器件的幀頻，有 利于器件在高幀頻情況下的應(yīng)用。增加了器件的自我調(diào)制功能，省去了外部的調(diào)制器，即斬 波器，提高了器件的集成程度，降低了整機開發(fā)難度。
其基本原理是在探測器芯片中的鐵電列陣1與讀出電路3之間設(shè)置一個量子阱調(diào)制器 2，周期性地控制量子阱調(diào)制器2的溫度升降，使芯片溫度按程序變化；在芯片升溫階段，鐵 電列陣1吸收紅外輻射引起芯片材料溫升，同時量子阱調(diào)制器2給鐵電列陣1加溫，阻止鐵 電列陣l向量子阱調(diào)制器2和讀出電路3傳熱，減少光能損失；在芯片降溫階段，鐵電列陣 1繼續(xù)吸收紅外輻射，但量子阱調(diào)制器2變?yōu)橹评涞奈鼰釥顟B(tài)，制冷速度遠大于場景對鐵電 列陣1的加熱速度，與讀出電路3和半導(dǎo)體熱電恒溫器一起迅速將鐵電列陣1的溫度降下來， 從而實現(xiàn)溫度調(diào)制；本發(fā)明提供的新型探測器的輸出信號包括場景輻射產(chǎn)生的信號和量子阱 調(diào)制器2加熱產(chǎn)生的信號兩個部分，通過信號處理去掉量子阱調(diào)制器2的加熱信號即可得到
比較純凈的場景輻射信號。位于讀出電路3背面的半導(dǎo)體熱電恒溫器4用來穩(wěn)定整個芯片的 溫度。
對于圖1所示情況，其主要工藝過程是
1. 按照給定結(jié)構(gòu)在基底上生長量子阱層，并分別做上作為勻熱層的上電極和下電極。
2. 采用半導(dǎo)體刻蝕工藝，在與讀出電路電極相對應(yīng)位置制作環(huán)孔。
3. 采用粘接工藝，將鐵電薄膜粘接到量子阱調(diào)制器的上電極一面。
4. 采用刻蝕工藝，網(wǎng)格化鐵電薄膜，形成探測元列陣。
5. 采用刻蝕工藝，在鐵電列陣的各探測元上制作環(huán)孔。
6. 采用粘接工藝，將讀出電路粘接到量子阱調(diào)制器上，讀出電路的電極面緊貼量子阱調(diào) 制器的下電極面。
7. 采用鍍膜工藝，使鐵電列陣上電極與讀出電路互連，并黑化鐵電列陣的上電極。
8. 采用粘接工藝，將半導(dǎo)體熱電恒溫器與讀出電路粘合。 對于圖2所示情況，其主要工藝過程是
1. 網(wǎng)格化鐵電薄膜，形成鐵電列陣。
2. 采用鍍膜工藝，在鐵電列陣網(wǎng)格化的一面制作下電極，在另一面制作上公共電極。
3. 采用鍍膜工藝，在鐵電列陣下電極上制作量子阱調(diào)制器的勻熱層。
4. 按照給定結(jié)構(gòu)在勻熱層上制作量子阱層。
5. 采用鍍膜工藝，在量子阱層上制作下電極。
6. 采用刻蝕工藝，在量子阱層上制作環(huán)孔列陣。
7. 采用互連工藝，通過量子阱層中的環(huán)孔列陣將讀出電路與鐵電列陣連接起來。
8. 采用粘接工藝，將半導(dǎo)體熱電恒溫器粘接到讀出電路背面。
權(quán)利要求
1、一種內(nèi)調(diào)制型鐵電非制冷紅外焦平面探測器，包括鐵電列陣(1)、量子阱調(diào)制器(2)、讀出電路(3)和半導(dǎo)體熱電恒溫器(4)，其特征在于最上面為鐵電列陣(1)，其次是量子阱調(diào)制器(2)，再次為讀出電路(3)，最底層為半導(dǎo)體熱電恒溫器(4)，各部分都為平面結(jié)構(gòu)，通過疊加粘接和互連方式集成為探測器芯片。
2、 如權(quán)利要求1所述的探測器，其特征在于探測器芯片的溫度調(diào)制通過鐵電列陣(1)與讀出電路(3)之間設(shè)置的量子阱調(diào)制器(2)完成。
3、 如權(quán)利要求1所述的探測器，其特征在于鐵電列陣(1)的迎光面為分立電極，背光面為公共電極。
4、 如權(quán)利要求1所述的探測器，其特征在于公共電極可以做在鐵電列陣的迎光面上，也可以做在鐵電列陣的背光面上。
5、 如權(quán)利要求1所述的探測器，其特征在于量子阱調(diào)制器(2)上下兩面分別為電極，中間為量子阱結(jié)構(gòu)層，其內(nèi)設(shè)有供鐵電列陣(1)上電極與讀出電路(3)相連的通孔。
6、 如權(quán)利要求1所述的探測器，其特征在于量子阱調(diào)制器(2)的下面為讀出電路(3)， 量子阱調(diào)制器(2)與讀出電路(3)集成為一體。
7、 如權(quán)利要求l所述的一種內(nèi)調(diào)制型鐵電非制冷紅外焦平面探測器的制作工藝，其工藝步驟是1) .按照給定結(jié)構(gòu)在基底上生長量子阱層，并分別做上作為勻熱層的上電極和下電極；2) .采用半導(dǎo)體刻蝕工藝，在與讀出電路電極相對應(yīng)位置制作環(huán)孔；3) .采用粘接工藝，將鐵電薄膜粘接到量子阱調(diào)制器的上電極一面；4) .采用刻蝕工藝，網(wǎng)格化鐵電薄膜，形成探測元列陣；5) .采用刻蝕工藝，在鐵電列陣的各探測元上制作環(huán)孔；6) .采用粘接工藝，將讀出電路粘接到量子阱調(diào)制器上，讀出電路的電極面緊貼量子阱 調(diào)制器的下電極面；7) .采用鍍膜工藝，使鐵電列陣上電極與讀出電路互連，并黑化鐵電列陣的上電極；8) .采用粘接工藝，將半導(dǎo)體熱電恒溫器與讀出電路粘合。
8、 如權(quán)利要求l所述的一種內(nèi)調(diào)制型鐵電非制冷紅外焦平面探測器的制作工藝，其工藝步驟是:1) .網(wǎng)格化鐵電薄膜，形成鐵電列陣；2) .采用鍍膜工藝，在鐵電列陣網(wǎng)格化的一面制作下電極，在另一面制作上公共電極；3) .采用鍍膜工藝，在鐵電列陣下電極上制作量子阱調(diào)制器的勻熱層；4) .按照給定結(jié)構(gòu)在勻熱層上制作量子阱層；5) .采用鍍膜工藝，在量子阱層上制作下電極；6) .采用刻蝕工藝，在量子阱層上制作環(huán)孔列陣；7) .采用互連工藝，通過量子阱層中的環(huán)孔列陣將讀出電路與鐵電列陣連接起來;8) .采用粘接工藝，將半導(dǎo)體熱電恒溫器粘接到讀出電路背面。
全文摘要
一種內(nèi)調(diào)制型鐵電非制冷紅外焦平面探測器，由鐵電列陣1、量子阱調(diào)制器2、讀出電路3和半導(dǎo)體熱電恒溫器4組成，各部分都為平面結(jié)構(gòu)，通過粘接和互連工藝集成為一個整體；本發(fā)明減少了電極數(shù)量，增大了器件的填充因子，有利于縮小探測元間距；減少了光能損失，提高了器件的歸一化探測率，有利于提高器件作用距離的熱靈敏度；器件幀頻由原來的熱學(xué)結(jié)構(gòu)控制變成人為控制，大大提高了器件的幀頻，有利于器件在高幀頻情況下的應(yīng)用；去掉了器件的熱隔離微橋結(jié)構(gòu)，簡化了制作工藝；增加了器件的調(diào)制功能，省去了外部的斬波器，降低了整機開發(fā)難度。
文檔編號G01J5/12GK101201271SQ20071006648
公開日2008年6月18日 申請日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者吳新社, 銳 王, 王紅斌, 毅 蔡, 鄧芳軼 申請人:云南民族大學(xué)