[实用新型]可调式基于MEMS滤波的红外探测器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种可调式基于微机电系统(MEMS)滤波的红外探测器。

背景技术

许多的新技术应用，比如安全防御、生物医疗设备和光谱探测等，要求获得红外波段特征光谱的辐射信息，用于分析目标图像中的目标识别和成分分析。比如大部分气体和化学分子在1～15微米的红外波段有很强的旋转和振动吸收，形成明显的特征谱线，可以用来进行化学元素和成分的识别和鉴定。在电力、石化以及环保行业，对于VOC、SF6类型以及温室气体排放，有很大的检测需求，需要直观准确的检测到气体目标，进而采取补救措施。但是常规的红外探测器响应波段是较宽的波段，通常是截止波长以下几个微米。对应的信号输出正比于整个响应波段的红外辐射总量，红外图像的光谱分辨率很低，不能满足目标设别和成分分析的要求。

为此人们研发了一系列的商用光谱仪，但基本上只适用于实验室需求，不能满足安防识别、医疗影像和工业检测等应用的要求。一方面，这些红外光谱仪基本上是单元器件，不能实现多光谱下的快速成像，不能进行实时的图像分析、检测和目标识别；另一方面，传统红外光谱仪都是桌上型设备，较大的体积和较高的价格使其不能在工艺过程控制或者物品检验光谱探测器中得到广泛的应用。这些光谱仪容易损坏，对环境因素非常敏感(温度变化、灰尘和振动等)。它们通常固定放置在专门的实验室内，只做专门的测试，需要进行复杂的样品制备，不适于用作在线检测。整套系统的使用成本包括设备、软件、校正、调试和日常维护，很多时候，复杂的安装和频繁的维护费用甚至比设备费用还高很多。

发明内容

本实用新型的目的为了克服上述现有技术存在的问题，而提供一种可调式基于MEMS滤波的红外探测器，集成了利用MEMS技术制备的微型法布里-泊罗干涉仪作为可调式滤波器和利用红外工艺线制备的红外探测器。只有满足干涉条件的特定波长的红外辐射才能透过微型法布里-泊罗干涉仪，并被下面的红外探测器吸收和成像。通过改变外部的偏置电压，可以调节微型法布里-泊罗干涉仪的上下反射面距离，从而改变透过的红外辐射波长，就可以实现特定光谱或者多光谱的红外成像。

集成的技术方法包括分离集成法和整体集成法。分离集成法是在MEMS线、红外探测器工艺线分别研发、优化和制备滤波器和红外探测器，通过金属焊接技术完成两部分的集成。整体集成法是在红外探测器上直接用MEMS工艺制备可调式微型法布里-泊罗干涉仪滤波器。本实用新型集成MEMS技术和红外技术，制备出的带MEMS滤波器的红外探测器组件，可用于制备出低成本、微型化的多光谱红外热像仪系统，能够实现红外辐射探测、光谱数据分析和多光谱成像等功能。

本实用新型所述技术方案如下：

可调式基于MEMS滤波的红外探测器，主要包括微型法布里-泊罗干涉仪、红外探测器1，其特征在于：在红外探测器1表面设有金属焊盘8；所述的微型法布里-泊罗干涉仪由上层平行板、下层平行板和中间的空腔6构成，所述的上层平行板包括SiN材料制备的平行板、可动悬臂梁(3)、金属电极5、布拉格反射镜7和单面的金属焊盘8，在SiN材料制备的平行板上设有可动悬臂梁3、金属电极5、外部偏置电压的引线4、布拉格反射镜7和单面的金属焊盘8；所述的下层平行板包括SiN材料制备的平行板、金属电极5、布拉格反射镜7和双面的金属焊盘8，在SiN材料制备的平行板上对应地设有金属电极5、外部偏置电压的引线4、布拉格反射镜7和双面的金属焊盘8；红外探测器1的金属焊盘与下层平行板的下表面金属焊盘8焊接在一起，下层平行板的上表面金属焊盘8与上层平行板的金属焊盘8焊接在一起。

可调式基于MEMS滤波的红外探测器，主要包括微型法布里-泊罗干涉仪、红外探测器，其特征在于：在红外探测器16上设有SiN缓冲层17，SiN缓冲层上设有下金属电极15、外部偏置电压引线14和下布拉格反射镜13；在下布拉格反射镜13上设有微悬臂梁12，并在微悬臂梁上设有上金属电极10、外部偏置电压引线14和上布拉格反射镜11。

所述的红外探测器1选用采用器件工艺技术制备的红外探测器。

所述的微型法布里-泊罗干涉仪选用采用MEMS技术制备的微型法布里-泊罗干涉仪。

所述的布拉格反射镜由多层膜系构成，对红外波段的反射率高于90％，而吸收率低于10％。

本实用新型的基于MEMS滤波的红外探测器系统包括利用MEMS技术制备的可调式微型法布里-泊罗干涉仪滤波器和利用红外工艺线制备的红外探测器，采用分离或整体式集成法组合成为滤波器可调的红外探测器系统，通过调节外部偏置电压，可以选取红外探测器响应波段内的任意波长进行探测成像。