[实用新型]具有“亮”补偿元的自支撑热敏薄膜型红外探测器

说明书

技术领域

本专利涉及一种具有“亮”补偿元的宽波段热敏红外探测器，特别涉及一种利用牺牲层制作的具有空气夹层的锰钴镍氧薄膜型敏感元，以及新型无需遮挡的“亮”补偿元。

背景技术

热敏红外探测器是一种重要的红外探测器，相比光子型红外探测器而言，具有室温工作，响应光谱宽，可靠性高，制备成本低廉，器件封装简单等优点，在军事和民用领域应用广泛。其中，锰、钴、镍过渡金属氧化物的三元合金材料锰钴镍氧具有电阻温度系数高、制备方便、可靠性高等优点，在空间科学与铁路轴温探测方面发挥了重要作用。以前，人们对锰钴镍氧材料的研究主要集中在体材料上，采用化学溶液共沉淀法制得粉料，然后再加入粘合剂，经压片、烧结后制备成型。体材料因晶粒间的不完全接触和空洞、缝隙等缺陷的影响，导致器件的成品率低，而且噪声容易变大，需要经过层层筛选方能获得性能良好的器件，极大地增加了劳动力成本和时间成本。此外，体材料的厚度较大，制备成的热敏探测器热容大，导致响应时间常数较长，影响了探测器在高速探测领域的应用。研究薄膜锰钴镍氧热敏材料替代体材料，成为本领域重要的发展方向。

随着薄膜制备技术的发展，生长锰钴镍氧薄膜的技术也有了长足进步，主要包括射频磁控溅射法，溶胶凝胶法，脉冲激光沉积法等。其中，射频磁控溅射法制备薄膜具有薄膜成分均匀，元素比例精确，成膜速度快，性能稳定等优点，具有广阔的应用前景。根据热敏型红外探测器的理论分析，器件响应率与热导呈反比，所以制备热敏红外探测器的关键技术就是如何优化器件结构，降低器件热导。在所有导热材料里，空气的导热率基本是最低的，如果封装的管壳进行抽真空处理，更将大大降低器件的热导。基于此，本专利介绍一种利用射频磁控溅射技术，制备具有悬空结构的锰钴镍氧薄膜红外探测器的方法。采用该方法制作的热敏红外探测器具有响应率高、工作方式简单的优点。此外，热敏探测器工作时一般配备具有与敏感元阻值相近的补偿元，不接受光照，只对周围环境温度的变化起补偿作用。为了遮挡补偿元，人们设计出各种复杂结构，增加了工艺的实施难度。本专利设计了一种无需遮挡的“亮”补偿元结构，利用补偿元与敏感元的热导差异，将补偿元对光照的响应降低到可以忽略的程度。补偿元与敏感元同时制作，无需单独设计复杂结构，降低了器件制作工艺难度，而且提高了器件的可靠性。

以上涉及的参考文献如下：

[1]Hou Yun,Huang Zhi-Ming,Gao Yan-Qing,ea al.Characterization of Mn_1.56Co_0.96Ni_0.48O₄films for infrared detection[J]Appl.Phys.Lett.,2008,92(20):202115-3

[2]Robert W.Astheimer.Thermistor infrared detectors,[J]Proc.SPIE443(1983):95-109.

发明内容

本专利提供了一种具有“亮”补偿元件的自支撑热敏薄膜型红外探测器。利用射频磁控溅射技术，制作出具有悬空结构的锰钴镍氧薄膜探测器。

本专利一种具有“亮”补偿元件的自支撑热敏红外探测器如图1所示，其特征在于，器件结构包括蓝宝石衬底1，敏感元2和补偿元3；

所述的探测器的结构为：在衬底1上有敏感元2和补偿元3，敏感元2的剖面形状为倒“凹”形，与衬底1之间形成空气夹层4；敏感元电极5位于矩形敏感元2两短边末端，补偿元电极6位于矩形补偿元3两短边末端，敏感元电极5与补偿元电极6相邻的两个电极连接在一起形成公共电极；

所述的敏感元2与补偿元3采用锰钴镍氧薄膜热敏材料，薄膜厚度从2μm到10μm；

所述的空气夹层4的厚度为1μm到5μm。

本专利具有如下有益效果和优点：

1.本专利制作的锰钴镍氧热敏探测器采用射频磁控溅射法生长材料，具有致密度高、均匀性良好的优点。

2.本专利中制作的悬空导热结构，可以极大地降低热敏探测器的热导，使得器件响应率明显提高。

3.利用“亮”补偿元与敏感元的热导差异，使得补偿元对红外辐射的响应率比敏感元低2个数量级以上，在采用差分读出电路时基本可以认为对红外辐射无响应，只对环境温度变化起补偿作用。该结构的设计极大地降低了制作补偿元的工艺复杂度。

附图说明