[發明專利]內調制型鐵電非制冷紅外焦平面探測器

無效

• 申請號: 200710066481.6
• 申請日: 2007-12-21
• 公開（公告）號: CN101201271A
• 公開（公告）日: 2008-06-18
• 發明（設計）人: 鄧芳軼;吳新社;蔡毅;王紅斌;王銳
• 申請（專利權）人: 云南民族大學
• 主分類號: G01J5/12
• 分類號: G01J5/12;H01L27/16;H01L23/38;H01L21/82;H01L21/50
• 代理公司: 昆明正原專利代理有限責任公司
• 代理人: 陳左

技術領域

本發明涉及紅外成像技術領域，尤其是一種可以提高鐵電探測器幀頻和探測率的內調制型鐵電非制冷紅外焦平面探測器。

背景技術

鐵電材料的極化性質決定了鐵電型探測器工作時需要溫度調制，目前采用外加斬波器調制場景輻射強度的調制方式是依賴光能損失和探測器的自然導熱完成調制的，探測器的探測率小、幀頻低。進一步分析可知，光能損失必然會引起探測率的降低，還且不管是混合結構還是微橋結構的探測器，其幾何結構決定了熱學參數，熱學參數決定工作幀頻，受探測器熱學結構和工藝技術限制，所以目前的鐵電探測器幀頻難以提高，不適應制導等高幀頻情況的應用要求。此外與器件分離的調制器或斬波器的應用形式增大了整機開發應用難度，尤其是在有幀頻要求和體積要求的紅外成像系統中。

發明內容

針對現有鐵電探測器的技術不足，本發明提出一種內調制型鐵電非制冷紅外焦平面探測器，本發明減少了電極數量，增大了器件的填充因子(＞90％)，有利于縮小探測元間距(pitch)；減少了光能損失，提高了器件的歸一化探測率，有利于提高器件作用距離的熱靈敏度；器件幀頻由原來的熱學結構控制變成人為控制，大大提高了器件的幀頻，有利于器件在高幀頻情況下的應用；去掉了器件的熱隔離微橋結構，簡化了制作工藝；增加了器件的調制功能，省去了外部的斬波器，降低了整機開發難度。

本發明提出的內調制型鐵電非制冷紅外焦平面探測器，包括鐵電列陣、量子阱調制器、讀出電路和半導體熱電恒溫器，其特征在于：最上面為鐵電列陣，其次是量子阱調制器，再次為讀出電路，最底層為半導體熱電恒溫器，各部分都為平面結構，通過疊加粘接和互連方式集成為探測器芯片。

所述的探測器芯片的溫度調制通過鐵電列陣與讀出電路之間設置的量子阱調制器完成。

附圖說明

圖1是本發明的鐵電列陣背光面為公共電極的探測器結構示意圖。

圖2是本發明的鐵電列陣迎光面為公共電極的探測器結構示意圖。

圖中各構件標號為：鐵電列陣1、量子阱調制器2、讀出電路3、半導體熱電恒溫器4。

具體實施方式

圖中所示為本發明提出的內調制型鐵電非制冷紅外焦平面探測器，探測器主要由鐵電列陣1、量子阱調制器2、讀出電路3和半導體熱電恒溫器4組成，各部分都為平面結構，通過粘接和互連工藝集成為一個整體。鐵電列陣1的作用是吸收光能，實現光熱熱電轉換。量子阱調制器2的作用是周期性地改變鐵電列陣1的溫度，實現溫度調制。讀出電路3的作用是放大并傳輸探測元上的電信號。半導體熱電恒溫器4的作用是穩定芯片溫度。如圖1所示，鐵電列陣1的迎光面為分立電極，背光面為公共電極，每個探測元上的電極數由原來的2個變成了1個。如圖2所示，鐵電列陣1的公共電極與原來相反，即迎光面為公共電極，背光面為分立電極，這樣鐵電列陣1與讀出電路3的互連相對簡化。量子阱調制器2上下兩面分別為電極，中間為量子阱結構層，其內設有供鐵電列陣1上電極與讀出電路3相連的通孔。量子阱調制器2的下面為讀出電路3，量子阱調制器2可以與讀出電路3集成為一體。讀出電路3的下面為半導體熱電恒溫器，功能沒有變化。

從光的傳播方向看，最上面為鐵電列陣1，其次是量子阱調制器2，再次為讀出電路3，最底層為半導體熱電恒溫器4。內調制型鐵電探測器采用溫度調制方式(內調制)，而不是現在的能量調制方式(外調制)，溫度調制通過集成在探測器內部的量子阱調制器2完成。上述器件的4個部分皆為近似平面結構，通過疊加方式集成為探測器芯片，工藝上與半導體制作工藝兼容。器件的公共電極可以做在鐵電列陣的迎光面上，也可以做在鐵電列陣的背光面上。

所述的探測器減少了一個電極，增大了器件的填充因子，有利于縮小探測元間距。提高了器件的光能利用率，相當于提高了器件的探測力D^*，有利于擴大器件的作用距離。

采用溫度調制方式而不是光能調制方式，調制速度加快，相當于提高了器件的幀頻，有利于器件在高幀頻情況下的應用。增加了器件的自我調制功能，省去了外部的調制器，即斬波器，提高了器件的集成程度，降低了整機開發難度。