[發明專利]一種紅外熱傳感芯片

在審

• 申請號: 201811441685.8
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109596220A
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 北京科易達知識產權服務有限公司
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本專利針對新型非制冷低成本的紅外傳感器，提出了一種基于MEMS結構將紅外探測信號轉化為可見光或近紅外光信號強度或頻率變化方法，結合光學環形諧振腔與MEMS加工工藝，基于熱應力的調控方式設計了一種陣列式紅外成像芯片，可實現測量輻射紅外光信號能量大小、高靈敏度的紅外響應。無需使用昂貴的紅外熱敏材料或下轉換材料，具有廉價、靈敏等特點。

技術領域

本發明涉及一種紅外傳感器，主要是利用MEMS結構將紅外探測信號轉化為可見光或近紅外光信號強度或頻率變化。

背景技術

紅外輻射是一種在自然界廣泛存在的電磁波能量。目前，針對紅外輻射的傳感技術已取得了長足發展，并廣泛應用于軍事、醫療、科研、監控、交通等諸多領域。

根據傳感原理的不同，紅外傳感技術可細分為制冷型(量子型)和非制冷型(熱型)兩類。

制冷型紅外傳感技術基于紅外輻射的光電效應，即探測單元吸收紅外光子后發生電子狀態的改變，并引起一些電學現象，測量這些現象中光電效應的強弱就可以測定紅外輻射的大小。由于室溫物體輻射的紅外光子(波長：8～14μm)的能量與室溫電子的熱噪聲能量相當，為了消除電子熱噪聲的影響，必須將紅外探測器件，即焦平面陣列(Focal PlaneArray，FPA)冷卻到液氮溫度(≈77K)，這使得制冷型紅外探測技術不僅成本昂貴，而且維護困難，但它的溫度分辨率相對較高，噪聲等效溫度差(Noise Equivalent TemperatureDifference，NETD)的典型值為5～10mK。

非制冷紅外傳感技術是基于紅外輻射的熱效應。該熱效應可使探測單元的某種物理參量(如電阻、電容等)發生變化，只要測量這些物理參量的變化大小，就可以測出吸收的紅外能量或功率。由于不需要超低溫制冷，該技術在體積、成本、功耗等方面具有明顯優勢，但它的溫度分辨率相對較低，NETD的典型值為50～100mK。

隨著MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)和光學測量技術的發展，光學讀出技術在非制冷紅外傳感應用中逐漸受到人們的關注，并取得了許多階段性成果。其工作方式大多采用有基底結構，即通過犧牲層工藝制作懸浮于硅基底上的微懸臂梁陣列，紅外輻射從FPA一側透過硅基底后被探測單元吸收，可見光從FPA另一側入射，用于探測由紅外輻射導致的某種物理參量的變化。

本發明結合一種紅外傳感器，利用MEMS結構將紅外探測信號轉化為可見光或近紅外光信號強度或頻率變化，無需使用昂貴的紅外熱敏材料或下轉換材料，具有廉價、靈敏等特點。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例技術中的技術方案，下面將對實施例技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1圖示了紅外傳感器結構的示意圖；

圖2圖示了MEMs結構的示意圖；

圖3圖示了陣列式紅外成像芯片像素單元結構的示意圖；

圖4圖示了陣列式紅外成像芯片結構的示意圖。

發明內容

本發明的目的在于提出一種紅外傳感器并基于熱敏傳感結構設計了一種陣列式紅外成像芯片，用于測量輻射紅外光信號能量大小。

為達到上述目的，本發明采用以下方案。

本發明提出一種新型非制冷紅外傳感技術，其特征在于結合光學環形諧振腔與MEMS加工工藝，基于熱應力的調控方式，可實現高靈敏度的紅外響應。

具體實施方式

以下，本發明進行更詳細地說明。

如附圖1所示的：一種紅外熱傳感器。