[发明专利]红外探测器及其制作方法及多波段非制冷红外焦平面

说明书

技术领域

本发明涉及红外探测与成像技术领域，尤其涉及一种采用MEMS技术制作的多波段非制冷红外焦平面。

背景技术

红外成像技术作为一种广泛使用的夜视技术，与其它夜视技术（人工照明、微光成像）相比，红外成像技术不需要任何辅助照明方式或微光条件，在完全没有光照条件下直接对物体的红外辐射成像。而且红外成像在雾、云、烟和灰尘等环境条件下均能提供优良的图像性能，彻底摆脱了人工照明或弱光成像的技术限制，因此被称为第三代全天候成像技术。

非制冷红外成像技术相对于制冷型探测器，具有成本低、体积小、功耗低的特点。随着非制冷红外探测器技术水平的不断提高，在许多的应用场合已经逐步取代制冷型红外探测器，成为更多红外夜视仪系统广泛采用的成像核心芯片，从而具有非常广阔的民事和国防应用前景。

目前商业化的非制冷红外焦平面产品所采用的材料主要有无定形硅(Amorphous silicon(α-Si))、氧化钒(Vanadium oxide(VOx))和钛酸锶钡(Barium strontium titanate(BST))三种。非制冷红外焦平面成像原理可简述为，当探测器吸收外界红外辐射能量，探测器的温度会发生变化：采用无定形硅和氧化钒材料则探测器通过电阻变化将温度变化转换成电信号；采用钛酸锶钡材料则探测器通过电容变化将温度变化转换成电信号；然后再根据电信号的大小，换算成目标物体的温度，从而得到目标物体的温度分布，对目标物体进行成像。

目前，非制冷红外成像波段主要集中在长波红外波段（8μm～14μm），而成像波段位于中波红外波段（3μm～5μm）的产品比较少。这两个波段成像均有各自的优点：长波红外成像技术成熟，灵敏度高，对烟雾的穿透能力比较强，能够对大部分目标提供优异的成像效果；中波红外成像背景辐射干扰小，在湿度比较大的环境中可视距离优于长波红外，在导弹预警方面有重要的应用。由于长波红外成像和中波红外成像各具优点，且提供不同的光谱信息，所以美国的一些先进夜间战术成像系统同时配备有长波红外和中波红外成像系统。

近年来，多波段红外成像技术引起了许多公司和研究机构的兴趣。为了实现多波段成像，红外成像系统一般采用多个对不同波段响应的探测器，这样的系统设计复杂，体积、重量、功耗均比较大，而且成本高。

国外在红外多波段成像方面，美国雷神公司在2009年12月申请了多波段成像专利（美国专利，名称：Dual Band Imager with Visible or SWIR Detectors Combined with Uncooled LWIR Detectors，专利号：US 7,629,582 B2, 公开日期：2009.12.8）。该专利的技术方案是采用光子型探测器和热敏型探测器混合集成的方式，光子型探测器作为短波红外探测器，而热敏型探测器作为长波红外探测器。该专利技术方案的优点是短波红外和长波红外的探测器分别采用不同的器件，而且采用层叠的方式混合集成在一起，短波红外探测器对长波红外具有很高的透过率，所以短波红外探测器和长波红外探测器互不影响，分辨率高。缺点是工艺难度很大，由于采用两种不同原理的器件，读出电路设计非常复杂。

国内在红外多波段成像方面，中国电子科技集团公司第十三研究所在2009年12月申请了一个双波段成像专利（中国专利，名称：一种MEMS 非制冷双波段红外探测器及其制备，申请号：200910228000.6，公开日期：2010.05.26）。该专利采用通过调节光学谐振腔长度的方式实现双波段成像。该专利的优点是原理比较简单，容易设计。缺点是采用双层微桥结构，而且两层微桥结构分别独立，使得结构复杂，工艺实现难度很大；由于需要额外的对谐振腔长的控制，也增加了读出电路设计的难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种实现简单、可降低成像系统的体积、重量和功耗，且低成本的多波段非制冷红外焦平面。

作为本发明技术方案的一方面，提供一种红外探测器，包括基底结构、微桥结构，所述基底结构包括含有读出电路的硅衬底基底、两个读出电路电极、反射层，所述微桥结构包括微桥桥面、两个支撑柱、两个支撑桥腿，其中，

所述反射层位于所述硅衬底基底的一端面上；所述两个读出电路电极呈对角线分布，与所述反射层位于所述硅衬底基底的同一端面上；

所述两个支撑桥腿各有一端与所述微桥桥面相连，另一端经由所述两个支撑柱和两个读出电路电极分别与所述硅衬底基底上的读出电路相连；使得所述微桥桥面悬空于所述反射层之上，在所述微桥桥面与所述反射层之间形成一光学谐振腔；