用于成像系統(tǒng)的無(wú)源檢測(cè)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供用于成像系統(tǒng)的無(wú)源檢測(cè)器結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了帶有直接數(shù)字測(cè)量數(shù)據(jù)輸出的無(wú)動(dòng)力的無(wú)源前端檢測(cè)器結(jié)構(gòu)，用于檢測(cè)電磁頻譜中的各部分（例如，熱（IR）、近IR、UV和可見(jiàn)光）中的入射光子輻射。
【專利說(shuō)明】用于成像系統(tǒng)的無(wú)源檢測(cè)器
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2011年8月17日提交的序列號(hào)為61/524，669的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用合并于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]領(lǐng)域一般性地涉及用于成像系統(tǒng)的檢測(cè)器結(jié)構(gòu)，尤其涉及帶有直接數(shù)字(direct-to-digital)測(cè)量數(shù)據(jù)輸出的無(wú)源前端檢測(cè)器結(jié)構(gòu)，用于檢測(cè)電磁頻譜的各部分(例如，熱(IR)、近IR、UV和可見(jiàn)光)中的入射光子輻射。
【背景技術(shù)】
[0004]通常利用MEMS技術(shù)構(gòu)建紅外光檢測(cè)器。一種這樣的光(IR光子)檢測(cè)器包括帶有電容器的MEMS結(jié)構(gòu)和懸臂。所述電容器具有固定板和移動(dòng)板。所述懸臂具有被固定到基底上的第一端和被固定到所述移動(dòng)的電容器板的第二端。所述懸臂還包括響應(yīng)于通過(guò)吸收紅外光被加熱而彎曲的雙晶片(bimorph )部。所述雙晶片部的彎曲使移動(dòng)板位移，使得改變吸收器的移動(dòng)板和固定板之間的距離。因此，紅外光照射MEMS結(jié)構(gòu)對(duì)該結(jié)構(gòu)的電特性(即電容器的電容)產(chǎn)生可測(cè)量的改變。通過(guò)測(cè)量這種電容的變化，光檢測(cè)器能夠確定照射每個(gè)MEMS結(jié)構(gòu)(即檢測(cè)器的每個(gè)像素元件)的紅外光的強(qiáng)度。
[0005]熱輻射檢測(cè)器的另一種常見(jiàn)類(lèi)型是非制冷式微測(cè)輻射熱計(jì)(un-cooledmicro-bolometer)。一般而言,微測(cè)福射熱計(jì)包括薄膜吸收檢測(cè)器和熱隔離結(jié)構(gòu)。由檢測(cè)器吸收的入射輻射引起溫度增加，溫度增加進(jìn)一步造成薄膜檢測(cè)器的電導(dǎo)率的變化。該電導(dǎo)率用于確定入射輻射的強(qiáng)度。
[0006]包括懸臂和微測(cè)輻射熱計(jì)型結(jié)構(gòu)的檢測(cè)器的主要局限性歸因于讀取由入射輻射引起的溫度變化或電特性(例如，電阻、電容)改變所需要的電連接。而且，制造像素互連和讀出電路的復(fù)雜性使得這些檢測(cè)器結(jié)構(gòu)的造價(jià)一直太高而無(wú)法用于許多應(yīng)用中。此外，這些電互連損害像素和讀出系統(tǒng)之間的熱隔離，結(jié)果限制了檢測(cè)器的熱靈敏度。半導(dǎo)體和量子電子檢測(cè)方法很容易受自身產(chǎn)生的和外部的噪聲源的影響而降低系統(tǒng)靈敏度，并且需要復(fù)雜和昂貴的方法來(lái)緩解這些問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的示例性實(shí)施例包括用于成像系統(tǒng)的無(wú)源檢測(cè)器結(jié)構(gòu)，并且尤其包括帶有直接數(shù)字測(cè)量數(shù)據(jù)輸出的無(wú)動(dòng)力的無(wú)源前端檢測(cè)器結(jié)構(gòu)，用于檢測(cè)電磁頻譜中的各部分(例如，熱(IR)、近IR、UV和可見(jiàn)光)中的入射光子輻射。
[0008]例如，在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，光子檢測(cè)器設(shè)備包括:基底、諧振器構(gòu)件、無(wú)源檢測(cè)器結(jié)構(gòu)以及數(shù)字電路。所述諧振器構(gòu)件被配置在所述基底上，并輸出具有振蕩頻率的信號(hào)。所述無(wú)源檢測(cè)器結(jié)構(gòu)被配置在所述基底上并機(jī)械耦接到所述諧振器構(gòu)件。所述無(wú)源檢測(cè)器結(jié)構(gòu)包括檢測(cè)器構(gòu)件，所述檢測(cè)器構(gòu)件響應(yīng)于光子曝射而機(jī)械變形以將機(jī)械力施加到所述諧振器構(gòu)件，并響應(yīng)于所述機(jī)械力改變所述諧振器構(gòu)件的振蕩頻率。在一些實(shí)施例中，所述檢測(cè)器構(gòu)件由一種或多種具有熱膨脹系數(shù)的材料形成，使所述檢測(cè)器構(gòu)件通過(guò)熱膨脹和收縮來(lái)機(jī)械變形。所述數(shù)字電路耦接到所述諧振器構(gòu)件。所述數(shù)字電路工作例如通過(guò)以下步驟來(lái)工作:確定所述諧振器構(gòu)件的振蕩頻率，并基于所確定的諧振器構(gòu)件的振蕩頻率來(lái)確定由檢測(cè)器構(gòu)件吸收的入射光子能量的數(shù)量，其中所述諧振器構(gòu)件的振蕩頻率由于由所述無(wú)源檢測(cè)器結(jié)構(gòu)施加到所述諧振器構(gòu)件上的機(jī)械力而改變。
[0009]在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，一種用于檢測(cè)光子能量的方法包括:將無(wú)源檢測(cè)器構(gòu)件暴露于入射光子能量，以使所述檢測(cè)器構(gòu)件響應(yīng)于光子曝射而機(jī)械變形，響應(yīng)于所述無(wú)源檢測(cè)器構(gòu)件的機(jī)械變形將機(jī)械力施加到諧振器構(gòu)件，確定所述諧振器構(gòu)件的振蕩頻率(所述諧振器構(gòu)件的振蕩頻率由于由所述無(wú)源檢測(cè)器構(gòu)件施加到所述諧振器構(gòu)件上的機(jī)械力而改變)，以及基于所確定的所述諧振器構(gòu)件的振蕩頻率來(lái)確定由所述檢測(cè)器構(gòu)件吸收的入射光子能量的數(shù)量。在其它實(shí)施例中，所述方法還包括使用所確定的振蕩頻率來(lái)生成圖像數(shù)據(jù)。由所述檢測(cè)器構(gòu)件吸收的入射光子能量的數(shù)量可以通過(guò)以下步驟來(lái)確定:在給定計(jì)數(shù)時(shí)間段對(duì)所述諧振器構(gòu)件的輸出信號(hào)中的數(shù)字脈沖的數(shù)目計(jì)數(shù)來(lái)生成計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)；以及基于所述計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)確定所述檢測(cè)器構(gòu)件的光子曝射的水平。
[0010]通過(guò)下列對(duì)其結(jié)合附圖閱讀的說(shuō)明性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其它示例性實(shí)施例將變得明顯。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的基于熱膨脹系數(shù)(CTE)框架的光子檢測(cè)器的立體圖。
[0012]圖2是根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的基于CTE框架的光子檢測(cè)器的俯視圖。
[0013]圖3是根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的基于CTE框架的光子檢測(cè)器的俯視圖。
[0014]圖4是根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的基于CTE框架的光子檢測(cè)器的俯視圖。
[0015]圖5是根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的基于CTE框架的光子檢測(cè)器的立體圖。
[0016]圖6A和圖6B示出根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的基于CTE框架的光子檢測(cè)器，其中圖6A是光子檢測(cè)器的俯視立體圖，而圖6B是沿圖6A中的線6B-6B所取的光子檢測(cè)器的側(cè)視圖。
[0017]圖7是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的基于光子所致膨脹系數(shù)(PICE)概念的可見(jiàn)光檢測(cè)器的立體圖。
[0018]圖8是根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的基于電壓所致變形(VID)框架的檢測(cè)器的立體圖。
[0019]圖9是根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的基于VID框架的檢測(cè)器的側(cè)視圖。
[0020]圖10是根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的基于VID框架的檢測(cè)器的側(cè)視圖。
[0021]圖11是根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的基于VID框架的檢測(cè)器的側(cè)視圖。
[0022]圖12是根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的基于VID框架的檢測(cè)器的側(cè)視圖。
[0023]圖13示意性地示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的波紋管形檢測(cè)器構(gòu)件的俯視圖和側(cè)視圖。
[0024]圖14示意性地示出由不同的材料交替形成的波紋管形檢測(cè)器構(gòu)件的俯視圖和側(cè)視圖。
[0025]圖15A和圖15B示出根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的基于CTE框架的光子檢測(cè)器，其中圖15A是光子檢測(cè)器的俯視圖，而其中圖15B是沿圖15A中的線15B-15B所取的光子檢測(cè)器的截面圖。
[0026]圖16A和圖16B不出根據(jù)本發(fā)明另一不例性實(shí)施例的基于CTE框架的光子檢測(cè)器，其中圖16A是沿圖16B中的線16A-16A所取的光子檢測(cè)器的截面圖，而其中圖16B是光子檢測(cè)器的俯視圖。
[0027]圖17A和圖17B示出根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的基于CTE框架的光子檢測(cè)器，其中圖17A是沿圖17B中的線17A-17A所取的光子檢測(cè)器的截面圖，而其中圖17B是沿圖17A中的線17B-17B所取的光子檢測(cè)器的俯視圖。
[0028]圖18圖示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例使用直接數(shù)字無(wú)源檢測(cè)器框架相比傳統(tǒng)的模擬信號(hào)檢測(cè)器或量子電子設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。
[0029]圖19是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的基于無(wú)源檢測(cè)器的成像系統(tǒng)的框圖。
[0030]圖20是示出可以在圖19的成像系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的像素單元和像素電路的另一示例性實(shí)施例的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]現(xiàn)在將在下面進(jìn)一步詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，其關(guān)于用于成像系統(tǒng)的無(wú)源檢測(cè)器結(jié)構(gòu)，尤其涉及帶有直接數(shù)字測(cè)量數(shù)據(jù)輸出的無(wú)動(dòng)力的無(wú)源前端檢測(cè)器結(jié)構(gòu)，用于檢測(cè)電磁頻譜的各部分(例如，熱(IR)、近IR、UV和可見(jiàn)光)中的入射光子輻射。本文所述的示例性無(wú)源檢測(cè)器框架提供用于檢測(cè)電磁頻譜(例如紅外、可見(jiàn)和紫外譜)中的入射光子能量以及電磁頻譜中的微波、太赫茲和X射線部分的電磁輻射的新范例。無(wú)源檢測(cè)器框架實(shí)現(xiàn)了不帶模擬前端或量子半導(dǎo)體的直接數(shù)字測(cè)量，從而與傳統(tǒng)的CMOS或CCD檢測(cè)器設(shè)備相比，提供了低噪聲、低功率、低成本和易于制造的檢測(cè)器設(shè)計(jì)。本文所述的帶有直接數(shù)字測(cè)量數(shù)據(jù)輸出的示例性無(wú)源檢測(cè)器框架不使用任何量子光子或電子轉(zhuǎn)換技術(shù)，并且沒(méi)有上述與傳統(tǒng)的成像技術(shù)相關(guān)聯(lián)的技術(shù)上、制造上的問(wèn)題或噪聲問(wèn)題。
[0032]如在下面進(jìn)一步詳細(xì)討論的，本發(fā)明示例性實(shí)施例是基于各種無(wú)源檢測(cè)器的方法來(lái)檢測(cè)各種波長(zhǎng)的UV、可見(jiàn)光、近紅外(IR)、中紅外和遠(yuǎn)紅外以及太赫茲輻射。本文所述的示例性無(wú)源檢測(cè)器范例包括CTE (熱膨脹系數(shù))、PICE (光子所致膨脹系數(shù))和VID (電壓所致變形)檢測(cè)器框架。一般而言，這些檢測(cè)器框架實(shí)現(xiàn)了一種無(wú)源檢測(cè)器結(jié)構(gòu)，其包括響應(yīng)于光子或電磁輻射曝射而機(jī)械變形以將機(jī)械力施加到諧振器構(gòu)件、并且響應(yīng)于該機(jī)械力而改變諧振器構(gòu)件的振蕩頻率的檢測(cè)器構(gòu)件。數(shù)字電路耦接到諧振器構(gòu)件并且操作以確定諧振器構(gòu)件的振蕩頻率(該諧振器構(gòu)件的振蕩頻率由于通過(guò)無(wú)源檢測(cè)器結(jié)構(gòu)施加在諧振器構(gòu)件上的機(jī)械力而改變)，并基于所確定的諧振器構(gòu)件的振蕩頻率來(lái)確定入射光子能量的數(shù)量或?qū)z測(cè)器構(gòu)件暴露的電磁輻射的數(shù)量。
[0033]用CTE框架，無(wú)源檢測(cè)器構(gòu)件(例如，一個(gè)或多個(gè)帶狀件，或一個(gè)或多個(gè)板)由具有熱膨脹系數(shù)的一種或多種材料制成，其中檢測(cè)器構(gòu)件響應(yīng)于入射的光子能量而膨脹和收縮，以將機(jī)械力施加在諧振器構(gòu)件上并改變諧振器構(gòu)件的振蕩頻率。
[0034]用PICE框架，無(wú)源檢測(cè)器構(gòu)件由在暴露于特定波長(zhǎng)的電磁輻射時(shí)改變其形狀和尺寸的一種或多種材料制成。檢測(cè)器構(gòu)件響應(yīng)于對(duì)入射電磁輻射的暴露而機(jī)械變形(例如，膨脹和收縮)，以將機(jī)械力施加到諧振器構(gòu)件上并改變諧振器構(gòu)件的振蕩頻率。
[0035]用VID框架，對(duì)于諸如X射線(Inm)到近紅外(3 μ )的波長(zhǎng)，檢測(cè)器構(gòu)件可以由響應(yīng)于入射輻射的曝射而產(chǎn)生電壓的一種或多種材料形成。將所產(chǎn)生的電壓施加到諧振器構(gòu)件(例如，壓電材料層)，使諧振器構(gòu)件機(jī)械變形并改變諧振器構(gòu)件的振蕩頻率。例如，對(duì)由光伏(PV)材料形成的檢測(cè)器構(gòu)件的光子曝射可以產(chǎn)生電壓。此外，對(duì)于熱IR波長(zhǎng)(3至14 μ )，檢測(cè)器構(gòu)件可以由熱電材料形成，以產(chǎn)生電壓，該電壓可被施加以使壓電諧振器構(gòu)件變形并改變諧振器構(gòu)件的振蕩頻率。
[0036]圖1至圖6是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的基于CTE框架的各種無(wú)源檢測(cè)器框架的立體圖。例如，圖1是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的光子檢測(cè)器的立體圖。一般而言，光子檢測(cè)器(100)包括基底(102)、數(shù)字邏輯電路(104)、拋物面反射鏡(106)和形成在基底(102)上的橋結(jié)構(gòu)。所述橋結(jié)構(gòu)包括在基底(102)上方的第一支撐構(gòu)件(110)、第二支撐構(gòu)件(120)、和懸掛在支撐構(gòu)件(110)與(120)之間的檢測(cè)器構(gòu)件(130)。支撐構(gòu)件(120)是工作在諧振頻率的諧振器構(gòu)件，并且第二支撐構(gòu)件(110)是固定的隔離(insulating)支撐結(jié)構(gòu)。檢測(cè)器構(gòu)件(130)(或帶狀件)包括具有熱膨脹系數(shù)的雙金屬帶狀件(132)和光子能量吸收層(134)，雙金屬帶狀件(132)通過(guò)吸收入射的紅外能量而膨脹和收縮以施加力在諧振器構(gòu)件(120)上。隔離材料層(122)配置在帶狀件(130)的端部和諧振器構(gòu)件(120)之間以在帶狀件(130)和諧振器支撐結(jié)構(gòu)(120)之間提供熱隔離。數(shù)字邏輯電路(104)耦接到諧振器構(gòu)件(120)，用于確定由于通過(guò)帶狀結(jié)構(gòu)(130)的熱膨脹和收縮施加到諧振器構(gòu)件(120)上的力而發(fā)生的諧振器構(gòu)件(120)的振蕩頻率的改變，其中頻率的改變與由帶狀結(jié)構(gòu)(130)吸收的入射紅外能量的數(shù)量相關(guān)。
[0037]更具體地，帶狀件(130)由對(duì)IR熱敏感的材料制成，基于撞擊帶狀件(130)的入射IR光子的絕對(duì)數(shù)量來(lái)使帶狀件(130)膨脹和收縮。形成雙金屬帶狀層(132)的金屬材料可以用具有負(fù)和/或正熱膨脹系數(shù)的任何合適的材料形成。光子能量吸收層(134)可以由對(duì)I微米至30微米的IR頻譜中任何所希望的IR波長(zhǎng)具有峰值靈敏度的任何合適的材料(諸如碳、SiC等)形成。在其它示例性實(shí)施例中，過(guò)濾材料可沉積在光子能量吸收層(134)的頂部以使靈敏度變窄。可以通過(guò)對(duì)光子能量吸收材料層(134)摻雜對(duì)IR頻譜的不需要部分反射或消除響應(yīng)的頻譜材料來(lái)獲得較窄的響應(yīng)。
[0038]如圖1所示，帶狀件(130)像橋一樣懸掛在支撐件(110)和(120)之間，使得帶狀件(130)下方的區(qū)域開(kāi)口、無(wú)支撐且與像素結(jié)構(gòu)其余部分的任何部分不接觸。僅帶狀件(130)的端部附接到像素結(jié)構(gòu)(100)的任何部分。此設(shè)計(jì)允許帶狀件(130)具有盡可能小的質(zhì)量(mass)，使得具有小質(zhì)量的帶狀件(130)能夠在最短的時(shí)間內(nèi)從入射IR光子曝射吸熱。這將使傳感器盡可能快地反應(yīng)?？焖俚姆磻?yīng)時(shí)間將允許更快的成像。拋物面反射器(106)可以放置在帶狀件(130)的下方基底(102)上，以增大允許更多IR光子撞擊并從頂部和底部影響帶狀件的像素填充因子。填充因子是能夠收集進(jìn)入的入射光子的像素的表面積總量。像素具有有限的尺寸和有限的面積。填充因子的百分比越高，用于收集光子的像素面積越大。填充因子百分比越高，像素靈敏度和性能越好。反射鏡(miiror)106可以是拋物面形、扁平形或V形，或者可以根本不實(shí)施反射鏡106。
[0039]圖2是根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的光子檢測(cè)器的立體圖。一般而言，圖2示出光子檢測(cè)器(200)包括基底(102)、數(shù)字邏輯電路(104)、拋物面鏡(106)和形成在基底
(102)上的橋結(jié)構(gòu)。所述橋結(jié)構(gòu)包括在基底(102)上方的第一支撐構(gòu)件(210)、第二支撐構(gòu)件(220)、和懸掛在支撐構(gòu)件(210)與(220)之間的兩個(gè)帶狀構(gòu)件(230)和(240)。第一帶狀件(230)包括雙金屬層(232)和光子能量吸收層(234)，而第二帶狀件(240)包括雙金屬層
(242)和光子能量吸收層(244)。支撐件(220)是工作在諧振頻率的諧振器構(gòu)件，并且第二支撐構(gòu)件(210)是固定的隔離支撐結(jié)構(gòu)。隔離層(222)配置在帶狀結(jié)構(gòu)(230)和(240)與諧振器支撐結(jié)構(gòu)(220)之間以提供熱隔離。
[0040]熱檢測(cè)器(200)類(lèi)似于圖1的檢測(cè)器(100)，除了包括提供額外功能的兩個(gè)帶狀構(gòu)件(230)和(240)外。尤其是，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，每個(gè)帶狀件(230)和(240)可以設(shè)計(jì)為不同的材料，從而以對(duì)IR頻譜的兩個(gè)不同部分(例如，10微米和4微米)的靈敏度來(lái)檢測(cè)IR輻射，使得檢測(cè)器(200)可以對(duì)多于一個(gè)的波長(zhǎng)提供更強(qiáng)的靈敏度。在另一示例性實(shí)施例中，每個(gè)帶狀件(230)和(240)可以設(shè)計(jì)為類(lèi)似的材料，從而以對(duì)IR頻譜的一個(gè)部分但是具有更寬帶寬的靈敏度來(lái)檢測(cè)IR輻射，使得能夠控制檢測(cè)器響應(yīng)的線性，并在像素設(shè)計(jì)規(guī)格和參數(shù)的給定溫度范圍中對(duì)檢測(cè)器響應(yīng)的線性進(jìn)行定制(tailor)。
[0041]圖3是是根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的光子檢測(cè)器的立體圖。一般而言，圖3示出光子檢測(cè)器(300)包括基底(102)、數(shù)字邏輯電路(104)、拋物面鏡(106)和形成在基底(102)上的橋結(jié)構(gòu)。所述橋結(jié)構(gòu)包括第一支撐構(gòu)件(310)、第二支撐構(gòu)件(320)和多個(gè)帶狀構(gòu)件(330)，每個(gè)帶狀件(330)包括雙金屬層(332)和光子能量吸收層(334)。支撐構(gòu)件(320)是工作在諧振頻率的諧振器構(gòu)件，并且第二支撐構(gòu)件(310)是固定的隔離支撐結(jié)構(gòu)。隔離層(322)配置在帶狀結(jié)構(gòu)(330)和諧振器支撐結(jié)構(gòu)(320)之間以提供熱隔離。
[0042]熱檢測(cè)器(300)在操作中例如與上文參照?qǐng)D1討論的檢測(cè)器(100)類(lèi)似，除了包括每個(gè)類(lèi)似地被設(shè)計(jì)為在IR頻譜的給定部分上工作的多個(gè)較小的帶狀結(jié)構(gòu)(330)之外。然而，使用多個(gè)帶狀件(330)允許每個(gè)帶狀件與圖1的單個(gè)帶狀結(jié)構(gòu)相比具有更少的質(zhì)量。每個(gè)單獨(dú)的帶狀件(330)具有更少的質(zhì)量，從而每個(gè)帶狀件(330)能夠?qū)崮芨斓胤磻?yīng)(膨脹和收縮)，從而減少了像素的響應(yīng)時(shí)間。
[0043]圖4是是根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的光子檢測(cè)器的立體圖。一般而言，圖4示出光子檢測(cè)器(400)包括基底(102)、數(shù)字邏輯電路(104)、拋物面反射鏡(106)以及形成在基底(102)上的雙橋結(jié)構(gòu)。所述雙橋結(jié)構(gòu)包括第一支撐構(gòu)件(410)、第一諧振器支撐構(gòu)件(420)、第二諧振器支撐構(gòu)件(424)、連接在第一支撐構(gòu)件(410)和第一諧振器支撐構(gòu)件(420)之間的第一帶狀構(gòu)件(430)、以及連接在第一支撐構(gòu)件(410)和第二諧振器支撐構(gòu)件(424)之間的第二帶狀構(gòu)件(440 )。每個(gè)帶狀件(430 )和(440 )包括相應(yīng)的雙金屬層(432 )和(442 )和相應(yīng)的光子能量吸收層(434)和(444)。隔離層(422 )和(426 )配置在帶狀結(jié)構(gòu)(430)和(440)的相應(yīng)端部與相應(yīng)的諧振器支撐構(gòu)件(420)和(424)之間。
[0044]熱檢測(cè)器(400)在操作和設(shè)計(jì)上例如類(lèi)似于上述檢測(cè)器(100)和(200)，除了檢測(cè)器可以工作在兩個(gè)彼此獨(dú)立的不同頻譜中之外。這可以通過(guò)使用分離的帶狀結(jié)構(gòu)(430)和(440)以及獨(dú)立的諧振器支撐構(gòu)件(420)和(424)來(lái)實(shí)現(xiàn)。尤其是，每個(gè)帶狀件(430)和(440)可以設(shè)計(jì)為不同的材料，從而以對(duì)IR頻譜的兩個(gè)不同部分(例如，10微米和4微米)的靈敏度來(lái)檢測(cè)IR輻射，使得控制邏輯電路(104)能夠工作以在給定時(shí)間檢測(cè)一個(gè)或兩個(gè)所支持的頻譜中的IR能量[0045]圖5是根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的光子檢測(cè)器的立體圖。一般而言，圖5示出光子檢測(cè)器(500)包括基底(102)、數(shù)字邏輯電路(104)、第一拋物面鏡(106)和第二拋物面鏡(108)以及形成在基底(102)上的橋結(jié)構(gòu)。所述橋結(jié)構(gòu)包括第一支撐構(gòu)件(510)、第一諧振器支撐構(gòu)件(420)、第二諧振器支撐構(gòu)件(424)、連接在第一支撐構(gòu)件(510)和第一諧振器支撐構(gòu)件(520)之間的第一帶狀構(gòu)件(530)、以及連接在第一支撐構(gòu)件(510)和第二諧振器支撐構(gòu)件(424)之間的第二帶狀構(gòu)件(540)。每個(gè)帶狀件(530)和(540)包括相應(yīng)的雙金屬層(532 )和(542 )以及相應(yīng)的光子能量吸收層(534)和(544)。隔離層(522 )和(526 )配置在帶狀結(jié)構(gòu)(530)和(540)的相應(yīng)端部與相應(yīng)的諧振器支撐構(gòu)件(520)和(524)之間。
[0046]熱檢測(cè)器(500)在操作和設(shè)計(jì)上例如類(lèi)似于上述檢測(cè)器(100)，除了與圖1中每個(gè)像素包括單獨(dú)的隔離支撐構(gòu)件相比，在圖5的框架中，一對(duì)相鄰的像素被設(shè)計(jì)為共享單一的隔離支撐構(gòu)件(510)。圖5的框架提供了更緊湊的設(shè)計(jì)，圖2至圖4中所示的檢測(cè)器框架也可以這樣實(shí)現(xiàn)。
[0047]圖6A和圖6B不出根據(jù)本發(fā)明另一不例性實(shí)施例的光子檢測(cè)器。一般而言，圖6A是光子檢測(cè)器(600 )的示意性的俯視立體圖，而圖6B是沿圖6A中的線6B-6B所取的光子檢測(cè)器(600)的示意性側(cè)視圖。參照?qǐng)D6A和圖6B，光子檢測(cè)器(600)包括基底(102)、數(shù)字邏輯電路(104)、拋物面鏡(106)、形成在基底(102)上的橋結(jié)構(gòu)。所述橋結(jié)構(gòu)包括第一支撐構(gòu)件(610)、第二支撐構(gòu)件(612)、第三支撐構(gòu)件(614)、諧振器構(gòu)件(620)、隔離層(622)和帶狀構(gòu)件(630)。諧振器構(gòu)件(620)連接在第二支撐構(gòu)件(612)和第三支撐構(gòu)件(614)之間，其中諧振器構(gòu)件(620)懸掛在基底(102)上方(與先前所討論的實(shí)施例對(duì)比，其中所述諧振器構(gòu)件用作錨定到基底的支撐構(gòu)件)。
[0048]帶狀結(jié)構(gòu)(630)包括雙金屬層(632)和光子能量吸收層(634)(例如，碳、碳納米管、SiC等)。帶狀結(jié)構(gòu)(630)連接在第一支撐構(gòu)件(610)和諧振器構(gòu)件(620)之間。尤其是，帶狀結(jié)構(gòu)(630)包括多個(gè)翼片(632A，632B, 632C和632D)，其整體形成為雙金屬層(632)的一部分，其中帶狀件(630)經(jīng)由翼片(632A，632B, 632C和632D)連接到諧振器構(gòu)件(620)。使用翼片(632A，632B，632C和632D)和隔離層(622)以將諧振器構(gòu)件(620)與雙金屬層(632)熱隔離。在圖6A和圖6B所示的示例性實(shí)施例中，第二支撐構(gòu)件(612)提供電源電壓V+到諧振器構(gòu)件(620)，并且第三支撐構(gòu)件(614)提供了諧振器構(gòu)件(620)的接地。
[0049]對(duì)基于PICE的像素框架，使用在暴露于X射線(Inm)到近IR (3 μ )之間的特定波長(zhǎng)時(shí)變形的材料。例如，CdS結(jié)構(gòu)在暴露于可見(jiàn)光時(shí)會(huì)改變形狀。圖7是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的基于PICE概念的可見(jiàn)光檢測(cè)器(700)框架的立體圖。一般而言，檢測(cè)器(700)包括基底(102)、數(shù)字邏輯電路(104)、以及形成在基底(102)上的橋結(jié)構(gòu)。所述橋結(jié)構(gòu)包括在基底(102)的上方的第一支撐構(gòu)件(710)、第二支撐構(gòu)件(720)、和懸掛在支撐構(gòu)件(710)與(720)之間的帶狀構(gòu)件(730)。
[0050]支撐構(gòu)件(720)是工作在諧振頻率的諧振器構(gòu)件，并且第二支撐構(gòu)件(710)是固定的隔離支撐結(jié)構(gòu)。帶狀結(jié)構(gòu)(730)由具有光子所致膨脹系數(shù)的光敏材料(諸如CdS，ZnO)制成，其由光子曝射直接導(dǎo)致帶狀結(jié)構(gòu)(730 )的機(jī)械變形。隔離材料層(722 )配置在帶狀件(730)的端部和諧振器構(gòu)件(720)之間，以在帶狀件(730)和諧振器支撐結(jié)構(gòu)(720)之間提供熱隔離和電隔離。
[0051]帶狀結(jié)構(gòu)(730)包括接收入射光子導(dǎo)致帶狀件(730)受到應(yīng)力并改變長(zhǎng)度的材料(例如，CdS)的層。此應(yīng)力傳遞到諧振器(720)，這導(dǎo)致諧振器(720)與入射光子曝射量成比例地改變其諧振頻率。數(shù)字邏輯電路(104)耦接到諧振器構(gòu)件(720)，用于確定由于通過(guò)帶狀結(jié)構(gòu)(730)的機(jī)械膨脹和收縮在諧振器構(gòu)件(720)上施加的力而產(chǎn)生的諧振器構(gòu)件(720)振蕩頻率的改變，其中頻率的改變與帶狀結(jié)構(gòu)(730)所接收的入射光子能量的數(shù)量相關(guān)。
[0052]圖8至圖14是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的基于VID概念的各種檢測(cè)器框架的立體圖。這些框架提供了用于X射線(Inm)至近IR (3 μ )的波長(zhǎng)的無(wú)源檢測(cè)器構(gòu)造，其中帶狀件材料通過(guò)光子曝射產(chǎn)生電壓，并且其中將電壓施加到壓電材料層，會(huì)導(dǎo)致材料變形并建立應(yīng)力以改變諧振頻率。在其它實(shí)施例中，對(duì)于熱IR波長(zhǎng)，可以使用熱電材料來(lái)產(chǎn)生電壓，所述電壓在施加到壓電材料層時(shí)會(huì)導(dǎo)致材料變形并建立應(yīng)力以改變諧振頻率。
[0053]具體地，圖8是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的基于VID概念的可見(jiàn)光/UV光檢測(cè)器(800)框架的立體圖。一般而言，檢測(cè)器(800)包括基底和數(shù)字邏輯電路(未具體示出，但類(lèi)似于上面所討論的所有實(shí)施例)和形成在基底102上的橋結(jié)構(gòu)。所述橋結(jié)構(gòu)包括在基底上方的第一支撐構(gòu)件(810)、第二支撐構(gòu)件(820)、和懸掛在支撐構(gòu)件(810)和(820)之間的帶狀結(jié)構(gòu)(830)。
[0054]支撐構(gòu)件(820)是工作在諧振頻率的諧振器構(gòu)件，并且支撐構(gòu)件(810)是固定的隔離支撐結(jié)構(gòu)。帶狀結(jié)構(gòu)(830)包括光子敏感層(832)、隔離層(834)、壓電層(836)、和在層(832)和(836)之間提供電連接的連接構(gòu)件(838)。光子敏感層(832)由通過(guò)暴露于入射光子(可見(jiàn)光或UV輻射)而產(chǎn)生電壓的光敏感材料制成。由層(832)產(chǎn)生的電壓經(jīng)由連接件(838 )被傳遞到壓電層(836 )，其中壓電層(836 )通過(guò)由于其試圖改變其長(zhǎng)度而建立應(yīng)力來(lái)對(duì)所述電壓作出反應(yīng)。此應(yīng)力傳遞到諧振器(820)，這會(huì)導(dǎo)致諧振器(820)與入射光子的曝射數(shù)量成比例地改變其諧振頻率。耦接到諧振器構(gòu)件(820)的數(shù)字邏輯電路確定由于通過(guò)壓電層(836)的機(jī)械膨脹和收縮施加到諧振器構(gòu)件(820)上的力而發(fā)生的諧振器構(gòu)件(820)的諧振頻率的頻率改變，其中頻率的改變與由帶狀結(jié)構(gòu)(830)接收的入射光子能量的數(shù)量相關(guān)。此框架以光伏效應(yīng)工作。
[0055]圖9是根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的基于VID概念的檢測(cè)器(900)框架的立體圖。一般而言，檢測(cè)器(900 )包括基底和數(shù)字邏輯電路(未具體示出，但類(lèi)似于上面所討論的所有實(shí)施例)和形成在基底上的橋結(jié)構(gòu)。所述橋結(jié)構(gòu)包括在基底上的第一支撐構(gòu)件(910)、第二支撐構(gòu)件(920 )、和懸掛在支撐構(gòu)件(910 )和(920 )之間的帶狀結(jié)構(gòu)(930 )。
[0056]支撐構(gòu)件(920)是工作在諧振頻率的諧振器構(gòu)件，并且支撐構(gòu)件(910)是固定的隔離支撐結(jié)構(gòu)。帶狀結(jié)構(gòu)(930)包括IR敏感層(932)、隔離層(934)、壓電層(936)、和在層(932)和(936)之間提供電連接的連接構(gòu)件(938)。IR敏感層(932)由通過(guò)暴露于入射IR輻射而產(chǎn)生電壓的熱電材料制成。通過(guò)層(932)產(chǎn)生的電壓經(jīng)由連接件(938)被傳遞到壓電層(936)，其中壓電層(936)通過(guò)由于其試圖改變其長(zhǎng)度而建立應(yīng)力來(lái)對(duì)所述電壓作出反應(yīng)。此應(yīng)力傳遞到諧振器(920)，這會(huì)導(dǎo)致諧振器(920)與入射IR曝射數(shù)量成比例地改變其諧振頻率。耦接到諧振器構(gòu)件(920)的數(shù)字邏輯電路確定由于通過(guò)壓電層(936)的機(jī)械膨脹和收縮施加到諧振器構(gòu)件(920 )上的力而發(fā)生的諧振器構(gòu)件(920 )的振蕩頻率的改變，其中頻率的改變與由帶狀結(jié)構(gòu)(930)接收的入射光子能量的數(shù)量相關(guān)。此框架以光伏效應(yīng)工作以提供對(duì)IR輻射的檢測(cè)結(jié)構(gòu)。[0057]圖10是根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的基于VID概念的檢測(cè)器(1000)框架的立體圖。一般而言，檢測(cè)器(1000 )包括基底和數(shù)字邏輯電路(未具體示出，但類(lèi)似于上面所討論的所有實(shí)施例)和形成在基底上的橋結(jié)構(gòu)。所述橋結(jié)構(gòu)包括在基底上方的第一支撐構(gòu)件(1010)、第二支撐構(gòu)件(1012)和懸掛在支撐構(gòu)件(1010)和(1012)之間的帶狀結(jié)構(gòu)(1030)。支撐構(gòu)件(1010)和(1012)都是隔離構(gòu)件。
[0058]在圖10的示例性實(shí)施例中，帶狀結(jié)構(gòu)(1030)包括IR敏感層(1032)(熱電層)、隔離層(1034)、壓電層(1036)、在層(1032)和(1036)之間提供電連接的連接構(gòu)件(1038)、第二隔離層(1037)和諧振器構(gòu)件(1039)。IR敏感層(1032)由通過(guò)暴露于入射IR輻射而產(chǎn)生電壓的熱電材料制成。通過(guò)層(1032)產(chǎn)生的電壓經(jīng)由連接件(1038)被傳遞到壓電層(1036)，其中壓電層(1036)通過(guò)由于其試圖改變其長(zhǎng)度而建立應(yīng)力來(lái)對(duì)所述電壓作出反應(yīng)。此應(yīng)力傳遞到經(jīng)由第二隔離層(1037)機(jī)械耦接到壓電層(1036)的諧振器(1039)。由壓電層(1036)傳給諧振器層(1039)的應(yīng)力導(dǎo)致諧振器構(gòu)件(1039)與入射IR曝射數(shù)量成比例地改變其諧振頻率。(經(jīng)由支撐構(gòu)件(1010，1012))耦接到諧振器構(gòu)件(1039)的數(shù)字邏輯電路確定由于通過(guò)壓電層(1036)的機(jī)械膨脹和收縮施加到諧振器構(gòu)件(1039)上的力而發(fā)生的諧振器構(gòu)件(1039)的振蕩頻率的改變，其中頻率的改變與由帶狀結(jié)構(gòu)(1030)接收的入射光子能量的數(shù)量相關(guān)。此框架以光伏效應(yīng)工作以提供對(duì)IR輻射的檢測(cè)結(jié)構(gòu)。
[0059]圖11是根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的基于VID概念的檢測(cè)器(1100)框架的立體圖。一般而言，檢測(cè)器(1100)包括基底和數(shù)字邏輯電路(未具體示出，但類(lèi)似于上面所討論的所有實(shí)施例)和形成在基底上的橋結(jié)構(gòu)。所述橋結(jié)構(gòu)包括在基底上方的第一支撐構(gòu)件(1110)、第二支撐構(gòu)件(1120)和懸掛在支撐構(gòu)件(1110)和(1120)之間的帶狀結(jié)構(gòu)(1130)。隔離層(1122)介于帶狀結(jié)構(gòu)(1130)和支撐構(gòu)件(1120)之間。
[0060]支撐構(gòu)件(1120)是工作在諧振頻率的諧振器構(gòu)件，并且支撐構(gòu)件(1110)是固定的隔離支撐結(jié)構(gòu)。帶狀結(jié)構(gòu)(1130)包括IR敏感層(1132)、隔離層(1134)、壓電層(1136)、以及在層(1132)和(1136)之間提供電連接的連接構(gòu)件(1138)。IR敏感層(1132)由通過(guò)暴露于入射IR輻射而產(chǎn)生電壓的熱電材料制成。通過(guò)層(1132)產(chǎn)生的電壓經(jīng)由連接件(1138)被傳遞到壓電層(1136)，其中壓電層(1136)通過(guò)由于其試圖改變其長(zhǎng)度而建立應(yīng)力來(lái)對(duì)所述電壓作出反應(yīng)。此應(yīng)力被傳遞到諧振器(1120)，這會(huì)導(dǎo)致諧振器(1120)與入射IR曝射數(shù)量成比例地改變其諧振頻率。
[0061]圖11的檢測(cè)器的框架和操作類(lèi)似于圖9，但圖11的帶狀結(jié)構(gòu)(1130)形成為折疊形或波紋管形。此形狀增大了暴露于入射光子的表面積。所增加的面積用于在熱IR模式中更多的加熱并且在光電模式中產(chǎn)生更多的電壓，增強(qiáng)膨脹特性。
[0062]圖12是根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的基于VID概念的檢測(cè)器(1200)框架的立體圖。一般而言，檢測(cè)器(1200)包括基底和數(shù)字邏輯電路(未具體示出，但類(lèi)似于上面所討論的所有實(shí)施例)和形成在基底上的橋結(jié)構(gòu)。所述橋結(jié)構(gòu)包括在基底上方的第一支撐構(gòu)件(1210)、第二支撐構(gòu)件(1212)、和懸掛在支撐構(gòu)件(1210)和(1212)之間的帶狀結(jié)構(gòu)(1230)。支撐構(gòu)件(1210)和(1212)都是隔離構(gòu)件(insulating member)。
[0063]在圖12的示例性實(shí)施例中，類(lèi)似于圖10的示例性實(shí)施例，帶狀結(jié)構(gòu)(1230)包括IR敏感層(1232)(熱電層)、隔離層(1234)、壓電層(1236)、在層(1232)和(1236)之間提供電連接的連接構(gòu)件(1238)、第二隔離層(1237)和諧振器構(gòu)件(1239)。IR敏感層(1232)由通過(guò)暴露于入射IR輻射而產(chǎn)生電壓的熱電材料制成。通過(guò)層(1232)產(chǎn)生的電壓經(jīng)由連接件(1238 )被傳遞到壓電層(1236 )，其中壓電層(1236 )通過(guò)由于其試圖改變其長(zhǎng)度而建立應(yīng)力來(lái)對(duì)所述電壓作出反應(yīng)。此應(yīng)力傳遞到經(jīng)由第二隔離層(1237)機(jī)械耦接到壓電層(1236)的諧振器(1239)。由壓電層(1236)傳給諧振器層(1239)的應(yīng)力導(dǎo)致諧振器構(gòu)件(1239)與入射IR曝射數(shù)量成比例地改變其諧振頻率。
[0064]圖12的檢測(cè)器結(jié)構(gòu)的框架和操作類(lèi)似于圖10，但圖12的帶狀結(jié)構(gòu)(1230)形成為折疊形或波紋管形。此形狀增大了暴露于入射光子的表面積。所增加的面積用于在熱IR模式中更多的加熱并且在光電模式中產(chǎn)生更多的電壓，增強(qiáng)膨脹特性。
[0065]圖13示意性地示出折疊形或波紋管形的帶狀結(jié)構(gòu)的俯視圖(10)和側(cè)視圖(12)，其中帶狀件由單一材料制成。圖14示意性地示出折疊形或波紋管形的帶狀結(jié)構(gòu)的俯視圖
(16)和側(cè)視圖(14)，其中帶狀件由交替的不同材料A和B制成。在光敏/IR敏感帶狀層(例如，層1132，1232)上使用交替的材料能夠使靈敏度具有更好的線性度或者更寬或不同的頻譜波長(zhǎng)。而且，在諧振器或壓電帶狀層(例如，層1136，1236，1239)上使用交替的材料允許材料具有不同的膨脹系數(shù)特性來(lái)控制檢測(cè)器響應(yīng)、提高應(yīng)力的線性度、諧振器線性度、或允許定制響應(yīng)特性。
[0066]圖15A和圖15B不出根據(jù)本發(fā)明另一不例性實(shí)施例的基于CTE框架的光子檢測(cè)器(1500)。圖15A是光子檢測(cè)器(1500)的俯視圖，并且圖15B是沿圖15A中的線15B-15B所取的光子檢測(cè)器(1500)的截面圖。一般而言，如圖15A和圖15B所示，光子檢測(cè)器(1500)包括基底(1502)、固定地連接到基底(1502)的第一支撐構(gòu)件(1510)、第二支撐構(gòu)件(1520)、以及配置在第一支撐構(gòu)件(1510)和第二支撐構(gòu)件(1520)之間的板構(gòu)件(1530)。在圖15所示的示例性實(shí)施例中，第一支撐構(gòu)件(1510)是固定的隔離支撐結(jié)構(gòu)，并且第二支撐構(gòu)件(1520)是工作在諧振頻率的固定的諧振器構(gòu)件。板構(gòu)件(1530)由一種或多種材料形成，所述材料對(duì)IR能量敏感，并且具有導(dǎo)致板構(gòu)件(1530)通過(guò)吸收入射紅外能量而膨脹和收縮以在第二支撐構(gòu)件(1520)上施加力的熱膨脹系數(shù)。
[0067]如圖15A和圖15B進(jìn)一步所示，第一支撐構(gòu)件(1510)和第二支撐構(gòu)件(1520)包括可插入地接納板構(gòu)件(1530)的相對(duì)端部的凹槽。板構(gòu)件(1530)的端部包括支撐腿構(gòu)件(1532)，其用以將板構(gòu)件(1530)的IR吸收部保持在距離基底(1502)的表面一定偏移高度處。這允許板構(gòu)件(1530)大致與基底(1502)熱隔離。
[0068]在一個(gè)實(shí)施例中，板構(gòu)件(1530)以“預(yù)應(yīng)力”狀態(tài)配置在第一支撐構(gòu)件(1510)和第二支撐構(gòu)件(1520)之間。尤其是，在“預(yù)應(yīng)力”狀態(tài)中，在沒(méi)有任何IR暴露時(shí)，在第一支撐構(gòu)件(1510)和第二支撐構(gòu)件(1520)的凹槽內(nèi)的板構(gòu)件(1530)的端部對(duì)第一支撐構(gòu)件(1510)和第二支撐構(gòu)件(1520)的內(nèi)表面施加某一最小力。事實(shí)上，對(duì)第一支撐構(gòu)件(1510)和第二支撐構(gòu)件(1520)之間的板構(gòu)件(1530)預(yù)應(yīng)力有很多作用。例如，抵靠凹槽的內(nèi)側(cè)和頂壁面對(duì)板構(gòu)件(1530 )預(yù)應(yīng)力防止板構(gòu)件(1530 )由于振動(dòng)和相機(jī)的移動(dòng)而從位置中移出。此外，對(duì)板構(gòu)件(1530)預(yù)應(yīng)力減少或消除機(jī)械和振動(dòng)噪聲。此外，抵靠諧振器構(gòu)件(1520)對(duì)板構(gòu)件(1530)預(yù)應(yīng)力消除由于非均勻的應(yīng)力分布而造成的數(shù)據(jù)測(cè)量的波動(dòng)。對(duì)板構(gòu)件(1530)預(yù)應(yīng)力使得能夠直接讀取在增加板構(gòu)件(1530)上的入射IR暴露時(shí)由板構(gòu)件(1530)的膨脹導(dǎo)致的諧振器構(gòu)件(1520)的Af0 (振蕩頻率變化)。
[0069]在一些實(shí)施例中，通過(guò)使各種支撐件和板元件的尺寸定為使得板構(gòu)件(1530)的端部牢固地配合(楔合)在支撐構(gòu)件(1510)和支撐構(gòu)件(1520)的凹槽內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)將第一支撐構(gòu)件(1510)和第二支撐構(gòu)件(1520)之間的板構(gòu)件(1530)配置在“預(yù)應(yīng)力”狀態(tài)中。在其它實(shí)施例中，可以使用填料來(lái)填充板構(gòu)件(1530)的端部與第一支撐構(gòu)件(1510)和第二支撐構(gòu)件(1520)的凹槽的內(nèi)側(cè)和頂壁之間的任何小間隙或空間。填料可以是不會(huì)引起板構(gòu)件(1530)粘附到基底(1502)或第一支撐構(gòu)件(1510)和第二支撐構(gòu)件(1520)、并且在重復(fù)和操作使用檢測(cè)器(1500)期間不因熱和機(jī)械條件而變質(zhì)的任何合適的材料。例如，特氟隆(Teflon)是可用于此目的的一種合適的材料。
[0070]如在其它實(shí)施例中，數(shù)字邏輯電路(未具體示出)被耦接到諧振器構(gòu)件(1520)，用于確定由于板構(gòu)件(1530)的熱膨脹和收縮施加到諧振器構(gòu)件(1520)上的力而發(fā)生的諧振器構(gòu)件(1520)的振蕩頻率的改變，其中頻率的改變與由板構(gòu)件(1530)吸收的入射紅外能
量的數(shù)量相關(guān)。
[0071]應(yīng)當(dāng)理解的是，用于構(gòu)造諸如圖15A/15B中所示的檢測(cè)器(像素)的規(guī)格和材料可以根據(jù)不同的應(yīng)用而變化。例如，基底(1502)可由諸如硅、玻璃、陶瓷等材料制成。每個(gè)檢測(cè)器(像素)的大小可以是大約40 μ mX45 μ m,帶有大約50 μ m的像素間距。板構(gòu)件(1530)可以由諸如Zn、Au、SiC (硅碳化物)、ZnS (硒化鋅)、BN (氮化硼)、ZnO (氧化鋅)或Si3N4(硅氮化物)等提供足夠熱膨脹和熱傳導(dǎo)性的材料或不同材料的層制成?？芍圃鞂?dǎo)熱板材料以在有利于設(shè)計(jì)的方向上促進(jìn)更大方向的熱傳導(dǎo)，其中更大傳導(dǎo)方向平行于制造所產(chǎn)生的晶粒方向。換言之，在圖15A和圖15B的示例性實(shí)施例中，板構(gòu)件(1530)的應(yīng)力方向可以是由制造所產(chǎn)生的板構(gòu)件(1530)的晶粒結(jié)構(gòu)方向確定的沿第一支撐構(gòu)件(1510)和第二支撐構(gòu)件(1520)之間的基底的方向
[0072]在其它實(shí)施例中，板構(gòu)件(1530)可以涂覆有諸如DLC、SiC, CaF2等任何合適的材料，以提高對(duì)例如4 μ m和10 μ m頻譜的熱IR吸收。這些涂覆材料應(yīng)具有足夠的膨脹和粘合特性以防止隨著時(shí)間的推移而脫層。諧振器構(gòu)件(1520)可以由諸如鋯鈦酸鉛(PZT)、鉛鉭鈧、鈦酸鍶鋇、鉍鈦酸鈉(BNT)、鈦酸鋇(MHz范圍)。應(yīng)使板構(gòu)件(1530)的熱和應(yīng)力反應(yīng)時(shí)間常數(shù)足夠快以用于標(biāo)準(zhǔn)或更快的視頻幀速率。例如，<2ms的上升和下降的周期時(shí)間對(duì)于每秒30幀的幀速率足夠。
[0073]圖16A和圖16B不出根據(jù)本發(fā)明另一不例性實(shí)施例的基于CTE框架的光子檢測(cè)器。圖16A是沿圖16B中的線16A-16A所取的光子檢測(cè)器(1600)的截面圖，而圖16B是光子檢測(cè)器的俯視圖。一般而言，如圖16A和圖16B所示，光子檢測(cè)器(1600)包括基底(1602)、第一支撐構(gòu)件(1610)、第二支撐構(gòu)件(1620)、板構(gòu)件(1630)和諧振器構(gòu)件(1640)。第一支撐構(gòu)件(1610)和第二支撐構(gòu)件(1620)是固定的隔離支撐結(jié)構(gòu)。諧振器構(gòu)件(1640)工作在諧振頻率。板構(gòu)件(1530)由對(duì)IR能量敏感的一種或多種材料形成，所述材料具有導(dǎo)致板構(gòu)件(1630)通過(guò)吸收入射紅外能量膨脹和收縮的熱膨脹系數(shù)以將力施加到諧振器構(gòu)件(1640)。
[0074]如圖16A和圖16B進(jìn)一步示出，第一支撐構(gòu)件(1610)包括形成在其側(cè)壁上的狹槽(1612)。第二支撐構(gòu)件(1620)由包括第一下支撐元件(1622)和第二上支撐元件(1624)的兩個(gè)單獨(dú)的支撐元件形成，其固定地配置到與諧振器構(gòu)件(1640)的側(cè)壁鄰近并且接觸。下支撐元件(1622)和上支撐元件(1624)間隔開(kāi)以形成之間的狹槽區(qū)域(1626)。板構(gòu)件(1630)具有插入第一支撐構(gòu)件(1610)的狹槽(1612)的一端和插入由下支撐元件(1622)和上支撐元件(1624)形成的狹槽(1626)的另一端。第一支撐構(gòu)件(1610)和第二支撐構(gòu)件(1620)將板構(gòu)件(1630)保持在距離基底(1602)的表面一定偏移高度處，使得板構(gòu)件(1530)與基底(1602)完全熱隔離。
[0075]如在本文所討論的其它實(shí)施例，數(shù)字邏輯電路(未具體示出)被耦接到諧振器構(gòu)件(1640),用于確定由于板構(gòu)件(1630)的熱膨脹和收縮施加到諧振器構(gòu)件(1620)上的力而發(fā)生的諧振器構(gòu)件(1620)的振蕩頻率的改變，其中頻率的改變與由板構(gòu)件(1630)吸收的入射紅外能量的數(shù)量相關(guān)。
[0076]此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，用于構(gòu)造諸如圖16A/16B中所示的檢測(cè)器(像素)的規(guī)格和材料可以和上文參照?qǐng)D15A/15B討論的一樣。而且，在一些實(shí)施例中，由于上面所討論的原因，板構(gòu)件(1630)可以在第一支撐構(gòu)件(1610)和諧振器構(gòu)件(1640)之間配置為“預(yù)應(yīng)力”狀態(tài)。各種結(jié)構(gòu)的尺寸可以定為使得板構(gòu)件(1630)的端部牢固地配合(楔合)在狹槽(1612)和(1626)內(nèi)。在其它實(shí)施例中，可以使用填料來(lái)填充板構(gòu)件(1630)的端部與狹槽(1612)和(1626)的內(nèi)表面以及諧振器構(gòu)件(1640)的側(cè)壁之間的任何小間隙或空間。
[0077]圖17A和圖17B示出根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的基于CTE框架的光子檢測(cè)器(1700)。圖17A是沿圖17B中的線17A-17A所取的光子檢測(cè)器的截面圖，而圖17B是沿圖17A中的線17B-17B所取的光子檢測(cè)器的俯視圖。一般而言，如圖17A和圖17B所示，光子檢測(cè)器(1700)包括基底(1702)、配置在基底(1702)上的第一支撐構(gòu)件(1710)、第二支撐構(gòu)件(1720)以及板構(gòu)件(1730)。在此示例性實(shí)施例中，第二支撐構(gòu)件(1720)是具有形成其一個(gè)表面的空腔區(qū)域(1722)的矩形諧振器構(gòu)件一個(gè)可選的薄的熱隔離層(未示出)可以配置在諧振器構(gòu)件(1720)的底面和基底(1702)的表面之間。
[0078]板構(gòu)件(1730)配置在諧振器構(gòu)件(1720)的空腔區(qū)域(1722)內(nèi)。板構(gòu)件(1730)由第一支撐構(gòu)件(1710)緊固在空腔區(qū)域(1722)中的適當(dāng)位置。第一支撐構(gòu)件(1710)可以是固定地緊固到諧振器構(gòu)件(1720)的頂面的連續(xù)的矩形框架結(jié)構(gòu)，其中第一支撐構(gòu)件(1710)的一部分重疊于空腔區(qū)域(1722)的內(nèi)側(cè)壁以提供覆蓋板構(gòu)件(1730)的上周面邊緣的唇部(lip)，同時(shí)為板構(gòu)件(1730)留下較大的表面積以吸收入射IR能量。在其它實(shí)施例中，第一支撐構(gòu)件(1710)可以包括配置在圍繞空腔區(qū)域(1722)的周邊(例如每個(gè)側(cè)壁角或者在沿側(cè)壁的中點(diǎn)處等)的特定區(qū)域中足以將板構(gòu)件(1730)保持的在空腔區(qū)域(1722)內(nèi)的多個(gè)單獨(dú)的元件。
[0079]在一些實(shí)施例中，由于上面所討論的原因，板構(gòu)件(1730)可以配置在諧振器構(gòu)件(1720)的區(qū)域(1722)內(nèi)的“預(yù)應(yīng)力”狀態(tài)中。諧振器構(gòu)件(1720)工作在諧振頻率。板構(gòu)件(1730)由對(duì)IR能量敏感的一種或多種材料形成，所述材料具有導(dǎo)致板構(gòu)件(1730)通過(guò)吸收入射紅外能量膨脹和收縮的熱膨脹系數(shù)以將力施加到諧振器構(gòu)件(1720)。在圖17A/圖17B的示例性實(shí)施例中，由于板構(gòu)件(1730)響應(yīng)于由吸收入射紅外能量導(dǎo)致的加熱而膨脹，板構(gòu)件(1730)將力在三個(gè)維度中施加在諧振器構(gòu)件(1720)上。特別如圖17B所示，板構(gòu)件(1730)在X方向上將第一水平力(Fx)施加到諧振器構(gòu)件(1720)的空腔區(qū)域(1720)的第一對(duì)相對(duì)的內(nèi)側(cè)壁上，并且在I方向上將第二水平力(Fy)施加到諧振器構(gòu)件(1720)的空腔區(qū)域(1722)的第二對(duì)相對(duì)的內(nèi)側(cè)壁上。
[0080]此外，如圖17A所示，隨著板構(gòu)件(1730)在第一支撐構(gòu)件(1710)的重疊唇部與空腔區(qū)域(1722)的底面之間的z方向上膨脹，板構(gòu)件(1730)相對(duì)于諧振器構(gòu)件(1720)的空腔區(qū)域(1722)施加豎直力(Fz)。而且，相對(duì)于第一支撐構(gòu)件元件(1710)的底面施加的豎直力(Fz)將沿著(限定空腔區(qū)域(1722)的)側(cè)壁轉(zhuǎn)換成至諧振器構(gòu)件(1720)的頂面的豎直力。
[0081]如在本文所討論的其它實(shí)施例中，數(shù)字邏輯電路(未具體示出)被耦接到諧振器構(gòu)件(1720)，用于確定由于板構(gòu)件(1720)的熱膨脹和收縮施加到諧振器構(gòu)件(1720)上的力而發(fā)生的諧振器構(gòu)件(1720)的振蕩頻率的改變，其中頻率的改變與由板構(gòu)件(1630)吸收的入射紅外能量的數(shù)量相關(guān)。用圖17A/圖17B的示例性實(shí)施例，檢測(cè)器的靈敏度隨著由于在三個(gè)維度(x-y-z)上施加到諧振器構(gòu)件(1720)的應(yīng)力而導(dǎo)致的諧振器構(gòu)件(1720)的諧振頻率的頻率改變而增加。
[0082]在上面討論的所有示例性實(shí)施例中，檢測(cè)器框架是無(wú)源的，即檢測(cè)器元件(例如，CTE帶狀件、CTE板)不是有源電子電路的一部分。當(dāng)設(shè)備使用有源動(dòng)力電路時(shí)容易受到電噪聲影響。將參照?qǐng)D18示出此概念。圖18是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例，使用直接數(shù)字無(wú)源檢測(cè)器框架相比傳統(tǒng)的模擬信號(hào)檢測(cè)器或量子電子設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)的曲線示意圖(20)。圖18示出電噪聲(26)，其可以掩蓋或干擾包含所需的傳感器數(shù)據(jù)的模擬信號(hào)(22)，該數(shù)據(jù)將丟失在噪聲(24)。為了檢測(cè)信號(hào)數(shù)據(jù)，信號(hào)數(shù)據(jù)必須大于噪聲電平(或“噪聲基底”)(26)。模擬信號(hào)(24)低于“噪聲基底”(26)的任何部分為被丟失的信息。噪聲將傳感器系統(tǒng)限制到噪聲基底的電平。有些系統(tǒng)不遺余力地降低噪聲電平以獲得更好的靈敏度。一個(gè)例子是低溫冷卻。雖然取得了良好的靈敏度，但其復(fù)雜、昂貴、笨重并且危險(xiǎn)。
[0083]數(shù)字電子設(shè)備的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可以以盡可能最大的抗噪聲量發(fā)送數(shù)據(jù)。因?yàn)樾盘?hào)數(shù)據(jù)的微小變化可以在振幅上小于系統(tǒng)噪聲電平或噪聲基底，噪聲基底掩蓋部分模擬信號(hào)(因而丟失部分模擬信號(hào))，所以如圖18所示的模擬信號(hào)(22)容易受到噪聲干擾。這對(duì)任何系統(tǒng)整體靈敏度和性能是主要的限制因素。在圖18中，模擬信號(hào)(22)可以被轉(zhuǎn)換為一系列二進(jìn)制數(shù)字(邏輯I和邏輯O)。這些二進(jìn)制數(shù)用在系統(tǒng)電壓低點(diǎn)和高點(diǎn)之間調(diào)制的方波
(23)表示。為了對(duì)其檢測(cè)，方波只需要在高于或低于系統(tǒng)轉(zhuǎn)換電平(21)間切換即可為有效數(shù)據(jù)。數(shù)字化設(shè)計(jì)使得能夠通過(guò)方波信號(hào)的前沿或下降沿來(lái)獲取有效數(shù)據(jù)。即使在高噪聲環(huán)境中此觸發(fā)點(diǎn)也是明顯的。所以在數(shù)據(jù)創(chuàng)建方案的盡可能早的時(shí)間上使系統(tǒng)數(shù)據(jù)為數(shù)字的則是明顯的優(yōu)勢(shì)，由于其比有源電路更能抗噪聲。
[0084]圖19是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)無(wú)源檢測(cè)器的成像系統(tǒng)的框圖。一般而言，圖19示出包括像素結(jié)構(gòu)(50)、像素電路(60)，讀出集成電路(70) (“R0IC”)、控制器
(80)以及圖像呈現(xiàn)(rendering)系統(tǒng)(90)的成像電路。像素(50)包括無(wú)源檢測(cè)器前端結(jié)構(gòu)(52)和諧振器結(jié)構(gòu)(54)。像素電路(60)包括數(shù)字計(jì)數(shù)器(62)和三態(tài)寄存器(64)?？刂破?80)包括計(jì)數(shù)器使能/保持控制塊(81)、寄存器復(fù)位塊(82)、ROIC控制塊(83)、數(shù)據(jù)輸入控制塊(84)以及視頻輸出控制塊(85)。
[0085]在圖19的像素結(jié)構(gòu)(50)中，無(wú)源檢測(cè)器前端結(jié)構(gòu)(52) —般表示本文討論的無(wú)源像素檢測(cè)器結(jié)構(gòu)的任何一個(gè)，包括支撐結(jié)構(gòu)和檢測(cè)元件(例如CTE帶狀件、板結(jié)構(gòu)等)，所述檢測(cè)元件被設(shè)計(jì)成例如響應(yīng)于光子曝射而機(jī)械地變形并且將機(jī)械應(yīng)力(力)施加到諧振器結(jié)構(gòu)(54 )。檢測(cè)器前端結(jié)構(gòu)(54 )為電無(wú)源并且無(wú)噪聲生成電子器件。
[0086]諧振器結(jié)構(gòu)(54)在諧振頻率FO上振蕩并且輸出方波信號(hào)。諧振器結(jié)構(gòu)(54)被設(shè)計(jì)成在由檢測(cè)器前端(52 )除了預(yù)應(yīng)力的數(shù)量外不施加由于光子曝射產(chǎn)生的額外應(yīng)力到諧振器構(gòu)件(54)的狀態(tài)中具有參考(或基準(zhǔn))諧振頻率(無(wú)光子曝射)。隨著由于光子曝射產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力從檢測(cè)器前端(52)施加到諧振器構(gòu)件(54)，諧振器構(gòu)件(54)的振蕩頻率會(huì)從其參考(基準(zhǔn))諧振頻率起增加。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，數(shù)字電路(60 )、( 70 )和(80 )共同工作以確定由于由檢測(cè)器前端結(jié)構(gòu)(52)的無(wú)源檢測(cè)器元件(例如，帶狀件、板)的膨脹和收縮施加到諧振器構(gòu)件(54)上的力而導(dǎo)致的諧振器構(gòu)件(54)的輸出頻率H)，在給定的時(shí)間基于所確定的諧振器構(gòu)件(54)的諧振頻率H)來(lái)確定由無(wú)源檢測(cè)器元件吸收的入射光子能量的數(shù)量，并且在給定的時(shí)間基于所確定的入射光子能量的數(shù)量來(lái)產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)，然后由成像系統(tǒng)(90)呈現(xiàn)。
[0087]尤其是，由諧振器構(gòu)件(54)產(chǎn)生的輸出信號(hào)是具有頻率H)的數(shù)字方波信號(hào)，頻率H)取決于由無(wú)源檢測(cè)器前端結(jié)構(gòu)(52)施加到諧振器構(gòu)件(54)的應(yīng)力而變化。由諧振器構(gòu)件(54)產(chǎn)生的輸出信號(hào)輸入到數(shù)字計(jì)數(shù)器(62)的時(shí)鐘輸入端口。對(duì)于成像器的每個(gè)讀周期(或幀)，數(shù)字計(jì)數(shù)器(62)在讀周期的給定的“計(jì)數(shù)期間”(或參考期間)對(duì)來(lái)自諧振器構(gòu)件(54)的輸出信號(hào)的脈沖計(jì)數(shù)。數(shù)字計(jì)數(shù)器(62)的計(jì)數(shù)操作由控制器(80)的計(jì)數(shù)器控制塊(81)產(chǎn)生的CLK使能信號(hào)控制。對(duì)于每個(gè)讀周期，由計(jì)數(shù)器(62)產(chǎn)生的計(jì)數(shù)信息作為η位計(jì)數(shù)值輸出至三態(tài)寄存器(64)。
[0088]對(duì)于每個(gè)讀周期，R0IC70從給定像素(50)的像素電路(60)讀出計(jì)數(shù)值(像素?cái)?shù)據(jù))。應(yīng)當(dāng)理解的是，為了便于說(shuō)明，圖19示出一個(gè)像素單元(50)和一個(gè)對(duì)應(yīng)的像素電路
(60)，但是成像器例如可以具有形成線性像素陣列或2D聚焦平面像素陣列的多個(gè)像素單元(50)和對(duì)應(yīng)的像素電路(60)。在這種情況下，ROIC (70)通過(guò)共享的η位數(shù)據(jù)總線(66)連接每個(gè)像素電路(60 )，用于可控制地將單獨(dú)的像素?cái)?shù)據(jù)從每個(gè)像素計(jì)數(shù)電路(60 )(優(yōu)選地形成在每個(gè)對(duì)應(yīng)的像素結(jié)構(gòu)(50)下的活性硅基底表面中)傳輸至控制器(80)。
[0089]尤其是，響應(yīng)于從控制器(80)的ROIC控制塊(83)接收的控制信號(hào)，ROIC (70)將輸出三態(tài)控制信號(hào)到給定像素(50)的像素電路(60)以將移位寄存器(64)中存儲(chǔ)的計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)讀出到共享數(shù)據(jù)總線(66)上。每個(gè)像素電路(60)的移位寄存器(64)由ROIC (70)單獨(dú)控制以在數(shù)據(jù)總線(66)上一次為每個(gè)像素獲得計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)。計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)從ROIC (70)通過(guò)連接到控制器(80)的η位輸入數(shù)據(jù)控制塊(84)的專用數(shù)據(jù)總線(72)傳輸至控制器(80)。在每一個(gè)讀出周期之后，每個(gè)像素的三態(tài)寄存器(64)經(jīng)由來(lái)自控制器(80)的寄存器復(fù)位控制塊(82)的控制信號(hào)輸出而被復(fù)位。
[0090]控制器(80)處理在每個(gè)讀出周期中從每個(gè)像素獲得的計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)(或視頻幀)，以確定每個(gè)像素的入射光子曝射量，并且使用所確定的曝射數(shù)據(jù)來(lái)建立視頻圖像。視頻數(shù)據(jù)經(jīng)由視頻輸出塊(85)被輸出到圖像呈現(xiàn)系統(tǒng)(90)以顯示圖像。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，通過(guò)對(duì)由諧振器構(gòu)件(54)產(chǎn)生的輸出頻率直接計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器(62)為給定像素(50)獲得該給定像素(50)的計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)，控制器(80)將使用該計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)來(lái)確定該像素的灰度級(jí)，該灰度級(jí)對(duì)應(yīng)于該像素的入射光子曝射的數(shù)量。例如，在一些實(shí)施例中，灰度級(jí)可以使用灰度算法或使用查找表來(lái)確定，所述查找表中，不同的灰度值(從黑到白的范圍上)與一范圍的計(jì)數(shù)值相關(guān)聯(lián)，這些計(jì)數(shù)值具有諧振器構(gòu)件的振蕩頻率從基準(zhǔn)參考頻率到最大振蕩頻率的改變的先驗(yàn)確定的增量。最大振蕩頻率是響應(yīng)于可以由給定的無(wú)源檢測(cè)器前端結(jié)構(gòu)建立的應(yīng)力的最大數(shù)量可以從諧振器構(gòu)件輸出的最高頻率。
[0091]在本發(fā)明其它實(shí)施例中，圖19的像素結(jié)構(gòu)和像素電路可以被修改，使得計(jì)數(shù)器將對(duì)表示諧振器構(gòu)件(54)的基準(zhǔn)諧振頻率與由諧振器構(gòu)件(54)在給定時(shí)間響應(yīng)于由無(wú)源檢測(cè)器前端(52)施加的應(yīng)力而產(chǎn)生的實(shí)際輸出頻率之間的差的信號(hào)頻率計(jì)數(shù)。例如，圖20示出可以在圖19的成像系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的像素單元和像素電路的另一示例性實(shí)施例。在圖20中，(圖19的)像素(50)被修改為包括輸出參考諧振頻率Fref的參考振蕩器(56)。(圖19的)像素電路(60)被修改為包括將諧振器構(gòu)件(54)(具有可變頻率F0)的輸出信號(hào)和來(lái)自參考振蕩器(56)的固定信號(hào)接收作為輸入的異或門(mén)(66)。異或門(mén)(66)操作以基于參考振蕩器(56)的參考頻率來(lái)去除從諧振器構(gòu)件(54)輸出的信號(hào)H)的基準(zhǔn)頻率分量，并輸出具有等于諧振器構(gòu)件(54)的頻率變化ΛΗ)的頻率的方波信號(hào)。遠(yuǎn)低于諧振器構(gòu)件(54)的振蕩頻率H)的頻率信號(hào)諧振器構(gòu)件(54)的需要較低的位數(shù)的計(jì)數(shù)器(62)，以對(duì)信號(hào)AR)計(jì)數(shù)，使其更容易實(shí)現(xiàn)。作為圖19的實(shí)施例，在一參考時(shí)間段上對(duì)信號(hào)ΛΗ)計(jì)數(shù)并且將計(jì)數(shù)值用于如上所述確定像素的入射光子曝射量。
[0092]雖然為說(shuō)明本文已經(jīng)參照附圖描述了示例性實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于那些具體的實(shí)施例，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員可以不脫離本發(fā)明的范圍在此進(jìn)行各種其它的改變和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種光子檢測(cè)器設(shè)備，包括: 基底； 具有一頻率且配置在所述基底上的諧振器構(gòu)件； 無(wú)源檢測(cè)器結(jié)構(gòu)，配置在所述基底上并與所述諧振器構(gòu)件機(jī)械地耦接，其中所述無(wú)源檢測(cè)器結(jié)構(gòu)包括檢測(cè)器構(gòu)件，所述檢測(cè)器構(gòu)件響應(yīng)于光子曝射而機(jī)械變形以將機(jī)械力施加到所述諧振器構(gòu)件，并響應(yīng)于所述機(jī)械力改變所述諧振器構(gòu)件的頻率；以及 數(shù)字電路，耦接到所述諧振器構(gòu)件，用于確定所述諧振器構(gòu)件的頻率，并基于所確定的頻率來(lái)確定由所述檢測(cè)器構(gòu)件吸收的入射光子能量的數(shù)量，其中所述諧振器構(gòu)件的頻率由于由所述無(wú)源檢測(cè)器結(jié)構(gòu)施加到所述諧振器構(gòu)件上的機(jī)械力而改變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子檢測(cè)器，其中所述光子檢測(cè)器被配置為探測(cè)紅外能量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子檢測(cè)器，其中所述無(wú)源檢測(cè)器結(jié)構(gòu)還包括第一支撐構(gòu)件，其中所述檢測(cè)器構(gòu)件包括帶狀構(gòu)件，并且其中所述無(wú)源檢測(cè)器結(jié)構(gòu)和所述諧振器構(gòu)件形成橋結(jié)構(gòu)，其中所述橋結(jié)構(gòu)包括所述帶狀構(gòu)件，所述帶狀構(gòu)件懸掛在所述基底上方且位于所述基底上方的所述第一支撐構(gòu)件與所述諧振器構(gòu)件之間，其中所述帶狀構(gòu)件包括具有熱膨脹系數(shù)的材料，通過(guò)吸收光子能量而膨脹和收縮以將機(jī)械力施加到所述諧振器構(gòu)件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光子檢測(cè)器，其中所述第一支撐構(gòu)件是固定的隔離支撐構(gòu) 件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子檢測(cè)器，還包括: 反射器，配置在所述基底上且在所述帶狀構(gòu)件的下方。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子檢測(cè)器，其中所述諧振器構(gòu)件包括壓電振蕩器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子檢測(cè)器，其中所述無(wú)源檢測(cè)器結(jié)構(gòu)還包括第一支撐構(gòu)件，其中所述檢測(cè)器構(gòu)件包括板構(gòu)件，并且其中所述板構(gòu)件配置在所述第一支撐構(gòu)件與所述諧振器構(gòu)件之間，其中所述板構(gòu)件包括具有熱膨脹系數(shù)的材料，通過(guò)吸收光子能量而膨脹和收縮以將機(jī)械力施加到所述諧振器構(gòu)件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光子檢測(cè)器，其中所述第一支撐構(gòu)件具有第一凹槽，并且其中所述諧振器構(gòu)件包括第二凹槽，其中所述板構(gòu)件的端部被配置在所述第一凹槽和第二凹槽內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光子檢測(cè)器，還包括鄰近所述諧振器構(gòu)件配置的第二支撐構(gòu)件，其中所述第一支撐構(gòu)件具有第一凹槽，并且其中所述第二支撐構(gòu)件具有第二凹槽，其中所述板構(gòu)件的端部被配置在所述第一凹槽和第二凹槽內(nèi)，其中在所述板構(gòu)件響應(yīng)于光子曝射而膨脹時(shí)，所述第二凹槽允許所述板構(gòu)件接觸所述諧振器構(gòu)件并將機(jī)械力施加到所述諧振器構(gòu)件。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光子檢測(cè)器，其中在預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下，所述板構(gòu)件配置在所述第一支撐構(gòu)件和所述諧振器構(gòu)件之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子檢測(cè)器，其中所述諧振器構(gòu)件包括形成在其表面中的凹入的空腔區(qū)域，其中所述檢測(cè)器構(gòu)件包括配置在所述諧振器構(gòu)件的所述凹入的空腔區(qū)域內(nèi)的板構(gòu)件，其中所述無(wú)源檢測(cè)器結(jié)構(gòu)還包括第一支撐構(gòu)件，所述第一支撐構(gòu)件配置在所述諧振器構(gòu)件的所述表面上并且重疊所述凹入的空腔區(qū)域的至少一部分以將所述板構(gòu)件鎖固在所述空腔區(qū)域內(nèi)，并且其中所述板構(gòu)件包括具有熱膨脹系數(shù)的材料，通過(guò)吸收光子能量而膨脹和收縮以將機(jī)械力施加到諧振器構(gòu)件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光子檢測(cè)器，其中所述第一支撐構(gòu)件是連續(xù)的框架結(jié)構(gòu)，牢固地鎖固到所述諧振器構(gòu)件的表面上，其中所述第一支撐構(gòu)件的一部分重疊所述空腔區(qū)域的內(nèi)部側(cè)壁，以提供覆蓋所述板構(gòu)件的外周上表面邊緣的唇部，同時(shí)為所述板構(gòu)件留下開(kāi)口的表面積以吸收光子能量。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光子檢測(cè)器，其中所述板構(gòu)件的膨脹在三個(gè)維度中將機(jī)械力施加到所述諧振器構(gòu)件上。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光子檢測(cè)器，其中在預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下，所述板構(gòu)件配置在所述諧振器構(gòu)件的所述凹入的空腔內(nèi)。
15.一種用于檢測(cè)光子能量的方法，包括: 將無(wú)源檢測(cè)器構(gòu)件暴露于入射光子能量，以使所述檢測(cè)器構(gòu)件響應(yīng)于光子曝射而機(jī)械變形； 響應(yīng)于所述無(wú)源檢測(cè)器構(gòu)件的機(jī)械變形將機(jī)械力施加到諧振器構(gòu)件； 確定所述諧振器構(gòu)件的頻率，所述諧振器構(gòu)件的頻率由于由所述無(wú)源檢測(cè)器構(gòu)件施加到所述諧振器構(gòu)件上的機(jī)械力而改變；以及 基于所確定的頻率來(lái)確定由所述檢測(cè)器構(gòu)件吸收的入射光子能量的數(shù)量。
16.根據(jù)權(quán)利要求15 所述的方法，其中所述檢測(cè)器構(gòu)件包括具有熱膨脹系數(shù)的材料，使所述檢測(cè)器構(gòu)件通過(guò)熱膨脹和收縮而機(jī)械變形。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括: 使用所確定的頻率來(lái)生成圖像數(shù)據(jù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中基于所確定的頻率來(lái)確定由所述檢測(cè)器構(gòu)件吸收的入射光子能量的數(shù)量包括: 通過(guò)在給定計(jì)數(shù)時(shí)間段對(duì)所述諧振器構(gòu)件的輸出信號(hào)中的數(shù)字脈沖的數(shù)目計(jì)數(shù)來(lái)生成計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)；以及 基于所述計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)確定所述檢測(cè)器構(gòu)件的光子曝射的水平。
【文檔編號(hào)】H01L31/00GK104040725SQ201280051175
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月17日
【發(fā)明者】霍華德·E·卡彭特, 彼得·N·考夫曼 申請(qǐng)人:公共服務(wù)解決方案公司