一種非制冷紅外焦平面探測(cè)器的光電敏感單元的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種非制冷紅外焦平面探測(cè)器，尤其是涉及一種非制冷紅外焦平面探測(cè)器的光電敏感單元。
【背景技術(shù)】
[0002]紅外焦平面探測(cè)器是獲取目標(biāo)景物紅外熱輻射信息的重要光電器件，按照探測(cè)器的工作溫度高低可以將其分成兩個(gè)大的種類(lèi):工作時(shí)探測(cè)器敏感元溫度在-100°c及以下的為制冷型，工作時(shí)探測(cè)器敏感元溫度在室溫附近的為非制冷型。非制冷紅外焦平面探測(cè)器的原理如圖1，是將人眼不可見(jiàn)場(chǎng)景的紅外輻射1，經(jīng)過(guò)透鏡2到達(dá)紅外焦平面探測(cè)器3后轉(zhuǎn)化為不同大小電信號(hào)30傳輸?shù)教綔y(cè)器外部，以提供給其他電子部件進(jìn)行處理。
[0003]通常非制冷紅外焦平面探測(cè)器主要構(gòu)成如圖2，由窗片20、探測(cè)器管殼25、光電敏感單元23及信號(hào)處理電路模塊70等幾個(gè)部分組成，其中的光電敏感單元23將紅外輻射變換為電信號(hào)，由信號(hào)處理電路模塊70將該電信號(hào)放大和傳輸，管殼25和窗片20保證探測(cè)器的工作環(huán)境，并將信號(hào)處理電路模塊7的信號(hào)向外輸送。
[0004]非制冷紅外探測(cè)器的整體性能雖較制冷紅外探測(cè)器低，但已經(jīng)能夠滿足現(xiàn)有相當(dāng)多的應(yīng)用場(chǎng)合的需要。由于非制冷紅外探測(cè)器不需要使用笨重的制冷機(jī)和保持真空的杜瓦裝置，使得探測(cè)器整體的復(fù)雜度、功耗、體積、重量大幅度下降，但非制冷紅外探測(cè)器的價(jià)格還不能為市場(chǎng)更加廣泛的接受。
[0005]熱釋電非制冷紅外焦平面探測(cè)器是非制冷紅外探測(cè)器的一種，當(dāng)外部場(chǎng)景使得探測(cè)器敏感元件的溫度發(fā)生變化時(shí)，會(huì)因熱釋電效應(yīng)而使敏感元件產(chǎn)生電荷，該電荷經(jīng)過(guò)電路放大后就得到對(duì)應(yīng)的場(chǎng)景的溫度變化。熱釋電非制冷紅外焦平面探測(cè)器屬于熱效應(yīng)探測(cè)器，材料本身對(duì)紅外波段不能夠完全吸收，其是吸收特定波長(zhǎng)的紅外線，敏感元件對(duì)紅外波段的吸收效率較低(低于10%)。諧振腔為半透明金屬層、有機(jī)介質(zhì)層及反射金屬層的疊加結(jié)構(gòu)，特定波長(zhǎng)紅外線通過(guò)半透明金屬層及有機(jī)介質(zhì)層，經(jīng)反射金屬層反射回有機(jī)介質(zhì)層和半透明金屬內(nèi)，由于有機(jī)介質(zhì)層相對(duì)空氣折射率的變化，經(jīng)反射金屬層反射發(fā)紅外線不能重新入射到空氣中，直到入射的紅外線完全在有機(jī)介質(zhì)層中轉(zhuǎn)換為熱量，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定波長(zhǎng)的全部吸收。
[0006]目前已有非制冷探測(cè)器光電敏感單元的諧振腔結(jié)構(gòu)功能單一，只能完成對(duì)特定波長(zhǎng)紅外線的吸收。在熱釋電非制冷紅外探測(cè)器的制造過(guò)程中，常規(guī)諧振腔沒(méi)有對(duì)光電敏感單元的水平熱傳輸進(jìn)行隔離，致使光電敏感單元存在橫向熱擴(kuò)散，導(dǎo)致最終轉(zhuǎn)化的電信號(hào)噪聲大、分辨率低，無(wú)法精確反應(yīng)目標(biāo)景物的紅外熱輻射。且現(xiàn)有的諧振腔散熱慢，反應(yīng)靈敏度低，無(wú)法及時(shí)反映目標(biāo)景物的熱輻射變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供了一種測(cè)量分辨率高、靈敏度高的非制冷紅外焦平面探測(cè)器的光電敏感單元。
[0008]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種非制冷紅外焦平面探測(cè)器的光電敏感單元，使用時(shí)通過(guò)上電極引線及下電極引線與信號(hào)處理電路模塊連接；其包括由半透明金屬層、有機(jī)介質(zhì)層及反射金屬層疊置構(gòu)成的諧振腔，以及固定設(shè)置于諧振腔下方用于實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)轉(zhuǎn)換的探測(cè)器單元；所述諧振腔的半透明金屬層、有機(jī)介質(zhì)層及反射金屬層中至少一層設(shè)置有鏤空的線條和/或圖形。
[0009]優(yōu)選的是，所述反射金屬層上設(shè)置鏤空的線條和/或圖形。
[0010]優(yōu)選的是，所述半透明金屬與有機(jī)介質(zhì)層上設(shè)置鏤空的線條和/或圖形。
[0011]優(yōu)選的是，所述線條為直線或曲線。
[0012]優(yōu)選的是，所述線條為一條直線，將諧振腔的半透明金屬層、有機(jī)介質(zhì)層及反射金屬層中的任意一層或兩層分隔成兩部分。
[0013]優(yōu)選的是，所述上電極引線連接于半透明金屬層的頂面。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明在諧振腔的半透明金屬層、有機(jī)介質(zhì)層及反射金屬層中的至少一層設(shè)置有鏤空的線條和/或圖形，通過(guò)對(duì)諧振腔的相應(yīng)層進(jìn)行鏤空，有效減小諧振腔的熱串?dāng)_，提高探測(cè)器單元的空間分辨率。同時(shí)其散熱快，能夠及時(shí)準(zhǔn)確的反映目標(biāo)景物的溫度變化，有效保證光電敏感單元的靈敏度。
【附圖說(shuō)明】
[0015]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0016]圖1為非制冷焦平面探測(cè)器的工作原理示意圖。
[0017]圖2為非制冷焦平面探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3為本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4為本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖5為本發(fā)明與現(xiàn)有的光電敏感單元及美國(guó)進(jìn)口的光電敏感單元的光學(xué)調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)比較圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有付出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0022]圖3所示為非制冷紅外焦平面探測(cè)器的光電敏感單元的第一個(gè)實(shí)施例，使用時(shí)通過(guò)上電極引線及下電極引線與信號(hào)處理電路模塊70連接；其包括由半透明金屬層9、有機(jī)介質(zhì)層10及反射金屬層11疊置構(gòu)成的諧振腔8，以及固定設(shè)置于諧振腔8下方用于實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)轉(zhuǎn)換的探測(cè)器單元4，探測(cè)器單元4可采用鈦酸鍶鋇(BST)陶瓷制成；所述諧振腔8的半透明金屬層9、有機(jī)介質(zhì)層10及反射金屬層11中至少一層設(shè)置有鏤空的直線條12，直線條12為多條對(duì)稱設(shè)置且與諧振腔8的邊線平行或垂直。
[0023]其中，所述上電極引線連接于半透明金屬層9的頂面。
[0024]圖4所示為非制冷紅外焦平面探測(cè)器的光電敏感單元的第二個(gè)實(shí)施例，其中，諧振腔8上僅設(shè)置一條直線條12，該直線條12將諧振腔8的半透明金屬層9、有機(jī)介質(zhì)層10及反射金屬層11中的任意一層或兩層分隔成兩部分，其余部分基本與圖3所示的實(shí)施例基本相同。
[0025]顯然，上述實(shí)施例中，也可在諧振腔8上設(shè)置圖形或者圖案與線條的結(jié)合，線條也可采用曲線或弧線等。
[0026]本發(fā)明光電敏感單元的制造方法如下:
(I)在諧振腔8的表面采用光刻技術(shù)形成光刻膠掩蔽的圖形，其中光刻膠厚度15um，將帶有圖形的零件放置在電感耦合等離子體刻蝕機(jī)(ICP)中，工藝條件為:工作氣體:70%氧氣與30%氬氣，基底真空度4*104Pa，工作氣壓:3Pa，上極板功率:25W，下極板功率:100W，刻蝕時(shí)間:8分鐘。由于工作氣體在設(shè)備中經(jīng)過(guò)高壓、高頻線圈的作用成為等離子體狀態(tài)，在上下極板的垂直電場(chǎng)作用下氧氣和氬氣的等離子體的物理化學(xué)作用，使得光刻膠沒(méi)有掩蔽的圖形部分被垂直刻蝕，使得三層結(jié)構(gòu)的諧振腔8被刻蝕穿。刻蝕產(chǎn)生的殘余物形成氣體被ICP機(jī)械栗抽出設(shè)備外部，由于不同設(shè)備之間的差異刻蝕的時(shí)間參數(shù)稍有不同，通過(guò)調(diào)整刻蝕時(shí)間在不同的設(shè)備均可以完成刻蝕過(guò)程。
[0027](2)將完成圖形刻蝕的部件放置在丙酮液體中清洗并去除多余的殘留物，然后采用乙醇、去離子水清洗，得到成品。
[0028]本發(fā)明與現(xiàn)有的光電敏感單元及美國(guó)進(jìn)口的光電敏感單元的光學(xué)調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)比較圖如圖5所示，圖中縱坐標(biāo)是光學(xué)調(diào)制傳遞函數(shù)相對(duì)比例，橫坐標(biāo)是圖像的頻率，其表示探測(cè)器的空間熱分辨率，在高頻點(diǎn)的相對(duì)比例越高，則探測(cè)器得到的圖像分辨率越高，探測(cè)器性能越好。如果探測(cè)器單元4之間存在顯著的橫向熱擴(kuò)散，探測(cè)器的空間熱分辨率就會(huì)隨圖像頻率急劇下降。
[0029]從試驗(yàn)可以看到，對(duì)諧振腔8進(jìn)行鏤空之后，在0.6這個(gè)特征點(diǎn)上(探測(cè)器性能的主要考核頻率點(diǎn))探測(cè)器單元的橫向熱隔離程度由20%提高到50%，圖像的空間熱分辨率提高30%。本發(fā)明通過(guò)對(duì)諧振腔的相應(yīng)層進(jìn)行鏤空，有效減小諧振腔的熱串?dāng)_，提高探測(cè)器單元的空間分辨率。同時(shí)其散熱快，能夠及時(shí)準(zhǔn)確的反映目標(biāo)景物的溫度變化，有效保證光電敏感單元的靈敏度。
[0030]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種非制冷紅外焦平面探測(cè)器的光電敏感單元，使用時(shí)通過(guò)上電極引線及下電極引線與信號(hào)處理電路模塊連接；其包括由半透明金屬層、有機(jī)介質(zhì)層及反射金屬層疊置構(gòu)成的諧振腔，以及固定設(shè)置于諧振腔下方用于實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)轉(zhuǎn)換的探測(cè)器單元；其特征在于:所述諧振腔的半透明金屬層、有機(jī)介質(zhì)層及反射金屬層中至少一層設(shè)置有鏤空的線條和/或圖形。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述非制冷紅外焦平面探測(cè)器的光電敏感單元，其特征在于:所述反射金屬層上設(shè)置鏤空的線條和/或圖形。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述非制冷紅外焦平面探測(cè)器的光電敏感單元，其特征在于:所述半透明金屬與有機(jī)介質(zhì)層上設(shè)置鏤空的線條和/或圖形。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述非制冷紅外焦平面探測(cè)器的光電敏感單元，其特征在于:所述線條為直線或曲線。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述非制冷紅外焦平面探測(cè)器的光電敏感單元，其特征在于:所述線條為一條直線，將諧振腔的半透明金屬層、有機(jī)介質(zhì)層及反射金屬層中的任意一層或兩層分隔成兩部分。6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述非制冷紅外焦平面探測(cè)器的光電敏感單元，其特征在于:所述上電極引線連接于半透明金屬層的頂面。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種非制冷紅外焦平面探測(cè)器的光電敏感單元，旨在提供一種測(cè)量分辨率高、靈敏度高的非制冷紅外焦平面探測(cè)器的光電敏感單元。它包括由半透明金屬層、有機(jī)介質(zhì)層及反射金屬層疊置構(gòu)成的諧振腔，以及固定設(shè)置于諧振腔下方用于實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)轉(zhuǎn)換的探測(cè)器單元；所述諧振腔的半透明金屬層、有機(jī)介質(zhì)層及反射金屬層中至少一層設(shè)置有鏤空的線條和/或圖形。本發(fā)明通過(guò)對(duì)諧振腔的相應(yīng)層進(jìn)行鏤空，有效減小諧振腔的熱串?dāng)_，提高探測(cè)器單元的空間分辨率。
【IPC分類(lèi)】G01J5/10
【公開(kāi)號(hào)】CN105004430
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510449198
【發(fā)明人】胡旭, 楊春麗, 雷曉紅, 魏虹, 王冰, 韓福忠, 秦強(qiáng), 吳思晉
【申請(qǐng)人】昆明物理研究所
【公開(kāi)日】2015年10月28日
【申請(qǐng)日】2015年7月28日