[发明专利]一种具有重叠垂直桥腿的非制冷红外焦平面阵列探测器

说明书

技术领域

本发明涉及激光控制器技术领域，特别是指提供一种具有重叠垂直 桥腿的非制冷红外焦平面阵列探测器。

背景技术

根据普朗克黑体辐射定律，任何物体在绝度零度以上都会向外界发 射红外电磁热辐射，这种辐射的光波范围约是0.8～1000μm，并不能为 人眼所直接看见。在常温下(300K)，黑体辐射的发射谱中心波长正好在 10μm波段附近，人体以及环境中温度相近的其它物体所发射的红外热 辐射，38％的能量集中在波长8～14μm范围内，因此，该波段更适合强 烈阳光、漆黑夜晚或者恶劣天气下的探测需要。

能够探测红外光波的红外辐射探测器，按探测原理分为光子型和热 敏电阻型探测器。光子型需要工作在液氮(约77K)制冷的环境中，而 热敏电阻型探测器通常工作在常温下，是种“非制冷式”探测器，多个 该种探测器单元以二维阵列的形式排列在芯片衬底上，并将芯片置于红 外辐射成像系统聚焦透镜的焦平面上时，则构成了非制冷式红外焦平面 阵列探测器(IRFPA)。

这种非制冷式红外探测器(IRFPA)通常包括：

——用于吸收红外辐射并将其转化为热的装置；

——该探测器对于衬底热绝缘，以便探测器在红外热辐射的作用下 可以实现温升的装置；

——热敏感装置，是在红外辐射的加热作用下，电阻或者电阻率随 温度变化的电阻部件；

——以及读取热敏感电阻变化的电路装置。

对于非制冷式红外焦平面阵列探测器，探测器反映外界目标温度信 息的探测机理是：目标发出含有自身温度信息的红外光波热辐射，被探 测器的红外吸收层吸收，由于桥腿层的热绝缘作用，热量就在桥面层上 累积从而加热其中的热敏感层，并导致其温度上升，进而引起热敏感层 的电阻值(或者电阻率)发生变化，这种变化对应红外辐射量的信息， 经转化为电信号后，就利用衬底上的集成电路依次顺序读出。上述过程 可简单总结为“吸收红外辐射-热敏感层温度变化-电阻值变化-电路读 出”。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的主要目的在于提供一种具有重叠垂 直桥腿的非制冷红外焦平面阵列探测器。

为达成上述目的，本发明应用的技术方案是：提供了一种具有重叠 垂直桥腿的非制冷红外焦平面阵列探测器，其包括桥层和对应桥层下方 设置的衬底以及设在读出电路上的锚柱，衬底为矩形，其两斜对角具有 缩进部，在缩进部设有读出电路，桥层具有桥面及其两斜对角向外侧延 伸且向下重叠弯折垂直的桥腿，在桥面的另两斜对角，相对于缩进部设 有凹进部，凹进部与缩进部呈上下对应，使得桥腿抵接衬底时向锚柱延 伸且与锚柱接接，桥层在其斜对应的两桥腿支撑下，使得桥面与衬底形 成有真空间隙层。

在本发明实施例中优选：桥腿包括根部、上下平行部及弯折部，上 平行部垂直于根部，弯折部为重叠弯折垂直且连接上、下平行部，下平 行部抵接于衬底表面，其自由端与锚柱连接。

在本发明实施例中优选：真空间隙层高度为1.6um～2.5um真空间隙 层。

在本发明实施例中优选：上平行部、弯折部及下平行部的间隙分别 为0.2um～1.2um，上平行部上表面高度与桥面相同，下平行部下表面抵 接衬底表面。

在本发明实施例中优选：桥面及桥腿均包括吸收层及热敏感电阻层， 其中桥腿还包括支撑层和金属导电层。

在本发明实施例中优选：桥面为吸收层与热敏感电阻层叠覆构成， 或为吸收层、热敏感电阻层和吸收层；桥腿为支撑层与金属导电层叠覆 构成，或为支撑层、金属导电层和支撑层叠覆构成。

在本发明实施例中优选：热敏感电阻层采用氢化非晶硅(a-Si：H)、 非晶锗硅(a-SiGe)或氧化钒(VOx)材料，吸收层采用氧化硅、氮化硅 或氮氧化硅材料，支撑层采用氧化硅、氮化硅或氮氧化硅材料，金属导 电层采用钛、氮化钛或镍铬合金材料。

在本发明实施例中优选：衬底为读出集成电路衬底，其表面设置有 红外辐射反射层。

本发明与现有技术相比，其有益的效果：

1.通过将探测器的桥面和桥腿分置于不同垂直平面上构成的结构， 可以有效地提高桥层的有效吸收面积(及增加填充率)，具有很高的空间 利用率，并且桥面与衬底构成的空腔内无任何物质，可更多的红外辐射 能量直接到达探测器单元，使探测更灵敏。