[實用新型]一種用于有毒有害氣體分析儀的熱釋電光譜探測器

有效

• 申請號: 201220323818.3
• 申請日: 2012-07-05
• 公開（公告）號: CN202649102U
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 李永輝;易宏;黃家新
• 申請（專利權）人: 昆明斯派特光譜科技有限責任公司
• 主分類號: G01N21/27
• 分類號: G01N21/27
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 郭德忠;高燕燕

技術領域

本實用新型屬于光電及微機電系統技術領域，涉及一種熱釋電光譜探測器，特別涉及一種用于有毒有害氣體分析儀的熱釋電光譜探測器。

背景技術

在現有的技術中，光譜傳感器是有毒有害氣體分析儀的核心電子元器件，它的性能參數直接影響到氣體分析儀的性能如檢測靈敏度。可供選擇的氣體分析儀所用的光譜能量接收器件有熱電堆型探測器、熱敏電阻型探測器及熱釋電探測器三大類。熱電堆型探測器電壓響應信號較小，而且溫度噪聲太大。熱敏電阻型探測器溫度噪聲太大，極難校正。所以熱釋電探測器是應用的主流。

目前各類有毒有害氣體分析儀所用的光譜能量接收器件所用的大部分是混合式熱釋電器件，它的缺點有如下三個方面：一、混合式熱釋電器件工作頻率較低，只能在低頻段如0.1Hz-5Hz頻率段工作才能滿足較高的電壓響應信號。而在這一低頻段如0.1Hz-5Hz頻率段，外界噪聲很大如白噪聲。二、混合式熱釋電器件受環境溫度波動的影響較大，需精確的溫度校正。三、混合式熱釋電器件受振動（如風）的影響較大，帶來較大的噪聲信號，影響零點的穩定。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服現有技術中存在的缺陷，設計一種用于有毒有害氣體分析儀的熱釋電光譜探測器，解決目前混合式熱釋電光譜探測器存在的只能在低頻段工作、受振動及風等外界環境變化影響較大，因而在用于氣體分析儀的光譜能量接收器件時所帶來的系統信噪比較差、檢測靈敏度較低的缺點。

為了實現上述目的，本實用新型的技術方案是設計一種用于有毒有害氣體分析儀的熱釋電光譜探測器，包括硅單晶、絕熱層、下電極層、光電薄膜、上電極層和芯片保護層，在硅單晶表面由內至外設有絕熱層、下電極層、光電薄膜、上電極層及芯片保護層，所述絕熱層和光電薄膜通過下電極層鍵合在一起。

所述下電極層為鉑/鈦金屬薄膜，其厚度為50nm～100nm。

所述光電薄膜為鋯鈦酸鉛系列或鈦酸鍶鋇系列鐵電薄膜。

所述光電薄膜的厚度為400nm～1000nm。

所述上電極層為鉻/鎳金屬薄膜。

所述上電極層的電阻為300Ω～1000Ω。

所述芯片保護層為氮化硅薄膜。

所述芯片保護層的厚度為200nm～500nm。

本實用新型的優點和有益效果在于：

第一，本實用新型以鐵電薄膜材料代替鐵電單晶或鐵電陶瓷材料作為光電敏感材料，以集成式結構代替混合式結構以制備熱釋電紅外探測器，使器件的工作頻率得以大幅度提高，從0.1Hz～5Hz頻率段提高到10Hz～100Hz頻率段，避開了低頻白噪聲，使系統檢測靈敏度得以提高。

第二，本實用新型以鐵電薄膜材料代替鐵電單晶或鐵電陶瓷材料作為光電敏感材料，以集成式結構代替混合式結構以制備熱釋電光譜探測器，在用于氣體分析儀的光譜能量接收器件時受振動（如風）及外界溫度變化的影響較小，帶來的噪聲信號小，使系統檢測靈敏度得以提高，而且不影響零點的穩定。

第三，本實用新型采用無機-有機雜化的多孔SiO₂薄膜材料作為熱絕緣結構，克服了目前采用微橋結構、懸空結構和空氣隙結構作為集成式器件熱絕緣結構的存在的機械強度差、容易發生龜裂、坍塌、脫落等問題，提高了集成式熱釋電紅外探測器芯片的力學性能及抗沖擊性能。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

其中，1-硅單晶；2-絕熱層；3-下電極層；4-光電薄膜；5-上電極層；6-芯片保護層。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型的具體實施方式作進一步描述，以下實施例僅用于更加清楚地說明本實用新型的技術方案，而不能以此來限制本實用新型的保護范圍。

如圖1所示，本實用新型具體實施的技術方案是：一種用于有毒有害氣體分析儀的熱釋電光譜探測器，包括硅單晶1、絕熱層2、下電極層3、光電薄膜4、上電極層5和芯片保護層6，在硅單晶1表面由內至外設有絕熱層2、下電極層3、光電薄膜4、上電極層5及芯片保護層6，所述絕熱層2和光電薄膜4通過下電極層3鍵合在一起。

所述下電極層3為鉑/鈦金屬薄膜，其厚度為50nm～100nm。

所述光電薄膜4為鋯鈦酸鉛系列或鈦酸鍶鋇系列鐵電薄膜。

所述光電薄膜4的厚度為400nm～1000nm。

所述上電極層5為鉻/鎳金屬薄膜。

所述上電極層5的電阻為300Ω～1000Ω。

所述芯片保護層6為氮化硅薄膜。

所述芯片保護層6的厚度為200nm～500nm。

以上所述僅是本實用新型的優先實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。