[實用新型]可調式基于MEMS濾波的紅外探測器

有效

• 申請號: 201220121137.9
• 申請日: 2012-03-27
• 公開（公告）號: CN202599535U
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 黃立;周文洪
• 申請（專利權）人: 武漢高德紅外股份有限公司
• 主分類號: G01J5/10
• 分類號: G01J5/10
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 唐正玉

技術領域

本實用新型涉及一種可調式基于微機電系統(MEMS)濾波的紅外探測器。

背景技術

許多的新技術應用，比如安全防御、生物醫療設備和光譜探測等，要求獲得紅外波段特征光譜的輻射信息，用于分析目標圖像中的目標識別和成分分析。比如大部分氣體和化學分子在1～15微米的紅外波段有很強的旋轉和振動吸收，形成明顯的特征譜線，可以用來進行化學元素和成分的識別和鑒定。在電力、石化以及環保行業，對于VOC、SF6類型以及溫室氣體排放，有很大的檢測需求，需要直觀準確的檢測到氣體目標，進而采取補救措施。但是常規的紅外探測器響應波段是較寬的波段，通常是截止波長以下幾個微米。對應的信號輸出正比于整個響應波段的紅外輻射總量，紅外圖像的光譜分辨率很低，不能滿足目標設別和成分分析的要求。

為此人們研發了一系列的商用光譜儀，但基本上只適用于實驗室需求，不能滿足安防識別、醫療影像和工業檢測等應用的要求。一方面，這些紅外光譜儀基本上是單元器件，不能實現多光譜下的快速成像，不能進行實時的圖像分析、檢測和目標識別；另一方面，傳統紅外光譜儀都是桌上型設備，較大的體積和較高的價格使其不能在工藝過程控制或者物品檢驗光譜探測器中得到廣泛的應用。這些光譜儀容易損壞，對環境因素非常敏感(溫度變化、灰塵和振動等)。它們通常固定放置在專門的實驗室內，只做專門的測試，需要進行復雜的樣品制備，不適于用作在線檢測。整套系統的使用成本包括設備、軟件、校正、調試和日常維護，很多時候，復雜的安裝和頻繁的維護費用甚至比設備費用還高很多。

發明內容

本實用新型的目的為了克服上述現有技術存在的問題，而提供一種可調式基于MEMS濾波的紅外探測器，集成了利用MEMS技術制備的微型法布里-泊羅干涉儀作為可調式濾波器和利用紅外工藝線制備的紅外探測器。只有滿足干涉條件的特定波長的紅外輻射才能透過微型法布里-泊羅干涉儀，并被下面的紅外探測器吸收和成像。通過改變外部的偏置電壓，可以調節微型法布里-泊羅干涉儀的上下反射面距離，從而改變透過的紅外輻射波長，就可以實現特定光譜或者多光譜的紅外成像。

集成的技術方法包括分離集成法和整體集成法。分離集成法是在MEMS線、紅外探測器工藝線分別研發、優化和制備濾波器和紅外探測器，通過金屬焊接技術完成兩部分的集成。整體集成法是在紅外探測器上直接用MEMS工藝制備可調式微型法布里-泊羅干涉儀濾波器。本實用新型集成MEMS技術和紅外技術，制備出的帶MEMS濾波器的紅外探測器組件，可用于制備出低成本、微型化的多光譜紅外熱像儀系統，能夠實現紅外輻射探測、光譜數據分析和多光譜成像等功能。

本實用新型所述技術方案如下：

可調式基于MEMS濾波的紅外探測器，主要包括微型法布里-泊羅干涉儀、紅外探測器1，其特征在于：在紅外探測器1表面設有金屬焊盤8；所述的微型法布里-泊羅干涉儀由上層平行板、下層平行板和中間的空腔6構成，所述的上層平行板包括SiN材料制備的平行板、可動懸臂梁(3)、金屬電極5、布拉格反射鏡7和單面的金屬焊盤8，在SiN材料制備的平行板上設有可動懸臂梁3、金屬電極5、外部偏置電壓的引線4、布拉格反射鏡7和單面的金屬焊盤8；所述的下層平行板包括SiN材料制備的平行板、金屬電極5、布拉格反射鏡7和雙面的金屬焊盤8，在SiN材料制備的平行板上對應地設有金屬電極5、外部偏置電壓的引線4、布拉格反射鏡7和雙面的金屬焊盤8；紅外探測器1的金屬焊盤與下層平行板的下表面金屬焊盤8焊接在一起，下層平行板的上表面金屬焊盤8與上層平行板的金屬焊盤8焊接在一起。

可調式基于MEMS濾波的紅外探測器，主要包括微型法布里-泊羅干涉儀、紅外探測器，其特征在于：在紅外探測器16上設有SiN緩沖層17，SiN緩沖層上設有下金屬電極15、外部偏置電壓引線14和下布拉格反射鏡13；在下布拉格反射鏡13上設有微懸臂梁12，并在微懸臂梁上設有上金屬電極10、外部偏置電壓引線14和上布拉格反射鏡11。

所述的紅外探測器1選用采用器件工藝技術制備的紅外探測器。

所述的微型法布里-泊羅干涉儀選用采用MEMS技術制備的微型法布里-泊羅干涉儀。

所述的布拉格反射鏡由多層膜系構成，對紅外波段的反射率高于90％，而吸收率低于10％。

本實用新型的基于MEMS濾波的紅外探測器系統包括利用MEMS技術制備的可調式微型法布里-泊羅干涉儀濾波器和利用紅外工藝線制備的紅外探測器，采用分離或整體式集成法組合成為濾波器可調的紅外探測器系統，通過調節外部偏置電壓，可以選取紅外探測器響應波段內的任意波長進行探測成像。