[发明专利]一改进的红外传感微型机械装置

说明书

申请相关资料

本申请以35U.S.C.§119(e)，2007年6月29日从美国提交的临时申请号 60/929,518的申请为基础并要求优先权，标题为高灵敏辐射探测(检测)器和辐射 成像装置，于此参考的该申请文件内容完全合为一体。

发明背景

1.发明领域

本发明一般涉及到一种用在红外成像装置(仪器)(infrared imaging devices) 内的微机械装置(micromechanical device)。特别的，本发明是一种微机械像素包 括改进的传感和弯曲元件(sensing and bending elements)，该传感和弯曲元件分别 并且组合地增加敏感性和减少像素的反应(响应)时间。

2.相关技术描述

红外热成像仪使用户透过红外波段的频谱观察物体，否则用人眼看不见(该物 体)的。红外成像仪，适用于安保和监视、消防、汽车安全系统及工业监测，因为 在这些应用中物体散发热量的峰值处于红外区域的中央位置。然而，红外成像仪的 高成本仍然是一个挑战，从而限制其使用。

用于成像装置辐射探测(检测)器是光子探测器或热能探测器。

当入射辐射在感光材料内被吸收时通过与点阵(晶格)或杂质原子耦合的电子 或自由电子相互作用，光子探测器产生一图像。以电压或电流变化的形式，通过改 变电子能量分布产生一输出信号。光子探测器应用的材料，通常是碲镉汞(HgCdTe) 和锑化铟(InSb)，在红外波段中展示出很高的量子效率。然而，光子探测器必须 低温制冷，因而增加了现有装置的重量、体积和能量消耗。此外，高量子效率的材 料以处理困难和成本昂贵广泛知晓。这样，基于光子探测器技术的成像装置仅限于 专门国防和天文学领域内的应用。

当入射辐射被热量敏感材料吸收时，该热量敏感材料改变一些物理特性如包括 电阻和电容，热量探测器产生一图像。这些物理特性的改变通常被读出集成电路 (ROIC)检测到，产生一输出信号。热量探测器的在室温下工作，因而避免了光子探 测器的冷却需要以及复杂性；然而，温度探测器的性能，正如由它们的噪声相当温 度差异(NETD)测得的，大约比光子探测器的敏感性低十倍。热量敏感探测材料，例 如，包括钒氧化物(vanadium oxide)或非晶硅(amorphous silicon)，特征是在2％/K to 3％/K范围内。从集成电路读出器(ROIC)的询问脉冲的斜线(Bias)，它控制 了探测器的响应率，被限制去防止一像素的自热。由于比光子探测器装置成本低， 热探测装置能够供应在工业监测和消防领域，对大部分消费者其它工业领域内应用 来说仍然十分昂贵。

热成像装置采用被动的热量弯曲，它由温度和热辐射感应以及电气、电容或者 光学读出器的微型双层悬臂组成，这已在相关技术中描述。例如图1a显示了一个例 子的双层悬臂50，它包括第一层1接触并依附在第二层2上，这两层此后依附在固 定支持物51上。第一层1的热膨胀系数不同于第二层2。图1b表明同样的双层悬 臂50，第一层1和第二层2在用红外线辐射52之后，引起双层悬臂50弯曲。这种 热成像方法省去了像素水平集成电路读出器ROIC的单片集成，进一步消除电子噪 声，并简化装置构成。然而，现有悬臂由于其吸收效率低和体积大造成敏感性差。