[發(fā)明專利]一種非制冷雙色紅外探測(cè)器MEMS芯片及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710328749.2
• 申請(qǐng)日: 2017-05-11
• 公開（公告）號(hào): CN107117578B
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 甘先鋒;楊水長(zhǎng);王宏臣;陳文禮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 煙臺(tái)睿創(chuàng)微納技術(shù)股份有限公司
• 主分類號(hào): G01J5/20
• 分類號(hào): G01J5/20;B81B7/00;B81B7/02;B81C1/00
• 代理公司: 煙臺(tái)上禾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 37234
• 代理人: 劉志毅

本發(fā)明涉及一種非制冷雙色紅外探測(cè)器MEMS芯片，分為呈矩陣排列的四個(gè)區(qū)域：第一、三區(qū)域和第二、四區(qū)域，第一、三區(qū)域和第二、四區(qū)域形成高度不同的諧振腔，且其上濺射方阻值不同的熱敏層薄膜，能夠更好地吸收不同波段的紅外能量，然后轉(zhuǎn)換成電學(xué)信號(hào)進(jìn)行處理進(jìn)行圖像輸出。本發(fā)明還涉及一種制備上述芯片的方法，包括在第一、三區(qū)域和第二、四區(qū)域分別制作不同高度的諧振腔的步驟、分別濺射不同方阻值熱敏層薄膜的步驟及封裝測(cè)試的步驟，所述芯片能夠在超低溫(?80℃～?60℃)環(huán)境下工作和超高溫(85℃～100℃)環(huán)境下工作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到一種非制冷雙色紅外探測(cè)器MEMS芯片及其制造方法，屬于非制冷紅外探測(cè)器領(lǐng)域。

背景技術(shù)

非制冷紅外探測(cè)器(uncooled infrared bolometer)除了在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用外，在民用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如消防、汽車輔助、森林防火、野外探測(cè)、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。

原有的非制冷紅外焦平面(Uncooled IRFPA)芯片，為單色芯片，目前還沒有雙色紅外探測(cè)器芯片集成在一個(gè)芯片上，主要原因在于不同紅外波段，要求的諧振腔高度不一致，傳統(tǒng)的工藝方法和結(jié)構(gòu)無(wú)法進(jìn)行整合；單色芯片沉積的氧化釩薄膜方阻為同一數(shù)值，導(dǎo)致其工作溫度范圍受限，正常調(diào)節(jié)的工作溫度范圍為-40℃～85℃，實(shí)際上在高低溫的兩端，成像質(zhì)量因氧化釩電阻變動(dòng)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致薄膜非均勻性的放大或受橋腿電阻的負(fù)面影響而導(dǎo)致成像質(zhì)量降低，并且會(huì)增加圖形算法的難度。

非制冷紅外探測(cè)器，主要利用紅外輻射的兩個(gè)波段窗口，一個(gè)是8～14微米的遠(yuǎn)紅外波段，也稱作紅外第一大氣窗區(qū)；另一個(gè)是3～5微米的波段，稱為紅外第二大氣窗區(qū)，也即中紅外波段。3-5微米波長(zhǎng)的紅外屬于中紅外，優(yōu)點(diǎn)是更適合測(cè)量高溫物質(zhì)如500度以上的溫度，并且這類熱像儀價(jià)格非常高；而8-14微米長(zhǎng)波紅外在大氣中基本沒有明顯衰減，測(cè)量精度受距離影響很小，遠(yuǎn)近距離測(cè)量都很適合，測(cè)溫范圍也比較寬。

由于紅外系統(tǒng)使用區(qū)域的不同、氣候溫度的改變、目標(biāo)的偽裝，紅外誘餌的釋放等原因，就會(huì)導(dǎo)致單色的紅外探測(cè)系統(tǒng)獲取的信息減弱。特別是當(dāng)運(yùn)動(dòng)中的目標(biāo)溫度發(fā)生改變時(shí)，其紅外輻射峰值波長(zhǎng)將發(fā)生移動(dòng)，將導(dǎo)致紅外探器探測(cè)準(zhǔn)確度大幅度下降，甚至很可能無(wú)法探測(cè)。

另外，非制冷紅外探測(cè)器由于周圍氣候溫度的改變，在高/低溫工作環(huán)境(85℃或-40℃)附近，電路處理信號(hào)受探測(cè)器的電阻非均勻性或橋腿電阻的影響，成像質(zhì)量或性能會(huì)相對(duì)常溫成像減低。為了確保在高/低溫(85℃或-40℃)工作環(huán)境附近，仍能得到較好的紅外圖像輸出，避免高低溫的工作環(huán)境影響探測(cè)器的電阻非均勻性或橋腿電阻的影響，特設(shè)計(jì)交叉的兩個(gè)能發(fā)揮最佳性能的探測(cè)器，一個(gè)適合工作在-20℃～100℃，一個(gè)適合-60℃～60℃的探測(cè)器，這兩個(gè)探測(cè)器在高低溫時(shí)進(jìn)行互補(bǔ)，根據(jù)周圍環(huán)境溫度，程序自動(dòng)選擇一個(gè)或兩個(gè)芯片甚至四個(gè)芯片同時(shí)進(jìn)行工作，接收紅外信號(hào)后輸出最佳的圖形質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種工作溫度范圍大，不同的紅外波段進(jìn)行最佳的成像的非制冷雙色紅外探測(cè)器MEMS芯片。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種非制冷雙色紅外探測(cè)器MEMS芯片，包括一帶有ASIC(Application Specific Integrated Circuit:專用集成電路)的襯底和一具有微橋支撐結(jié)構(gòu)的探測(cè)器，所述探測(cè)器與所述半導(dǎo)體襯底的ASIC電路電連接，所述探測(cè)器分為呈矩陣排列的四個(gè)區(qū)域，分別為第一區(qū)域、第二區(qū)域、第三區(qū)域和第四區(qū)域；

所述探測(cè)器包括所述襯底上的金屬反射層和絕緣介質(zhì)層，所述金屬反射層包括若干個(gè)矩陣排列的金屬塊，第一、三區(qū)域絕緣介質(zhì)層的厚度大于第二、四區(qū)域的絕緣介質(zhì)層，所述第一、三區(qū)域絕緣介質(zhì)層上設(shè)有若干個(gè)金屬電極，所述金屬電極通過貫穿所述第一、三區(qū)域絕緣介質(zhì)層的連接金屬與所述金屬反射層連接；