[发明专利]一种非制冷双色红外探测器MEMS芯片及其制造方法

说明书

本发明涉及一种非制冷双色红外探测器MEMS芯片，分为呈矩阵排列的四个区域：第一、三区域和第二、四区域，第一、三区域和第二、四区域形成高度不同的谐振腔，且其上溅射方阻值不同的热敏层薄膜，能够更好地吸收不同波段的红外能量，然后转换成电学信号进行处理进行图像输出。本发明还涉及一种制备上述芯片的方法，包括在第一、三区域和第二、四区域分别制作不同高度的谐振腔的步骤、分别溅射不同方阻值热敏层薄膜的步骤及封装测试的步骤，所述芯片能够在超低温(‑80℃～‑60℃)环境下工作和超高温(85℃～100℃)环境下工作。

技术领域

本发明涉及到一种非制冷双色红外探测器MEMS芯片及其制造方法，属于非制冷红外探测器领域。

背景技术

非制冷红外探测器(uncooled infrared bolometer)除了在军事领域的应用外，在民用领域得到了广泛的应用，如消防、汽车辅助、森林防火、野外探测、环境保护等领域。

原有的非制冷红外焦平面(Uncooled IRFPA)芯片，为单色芯片，目前还没有双色红外探测器芯片集成在一个芯片上，主要原因在于不同红外波段，要求的谐振腔高度不一致，传统的工艺方法和结构无法进行整合；单色芯片沉积的氧化钒薄膜方阻为同一数值，导致其工作温度范围受限，正常调节的工作温度范围为-40℃～85℃，实际上在高低温的两端，成像质量因氧化钒电阻变动产生影响，导致薄膜非均匀性的放大或受桥腿电阻的负面影响而导致成像质量降低，并且会增加图形算法的难度。

非制冷红外探测器，主要利用红外辐射的两个波段窗口，一个是8～14微米的远红外波段，也称作红外第一大气窗区；另一个是3～5微米的波段，称为红外第二大气窗区，也即中红外波段。3-5微米波长的红外属于中红外，优点是更适合测量高温物质如500度以上的温度，并且这类热像仪价格非常高；而8-14微米长波红外在大气中基本没有明显衰减，测量精度受距离影响很小，远近距离测量都很适合，测温范围也比较宽。

由于红外系统使用区域的不同、气候温度的改变、目标的伪装，红外诱饵的释放等原因，就会导致单色的红外探测系统获取的信息减弱。特别是当运动中的目标温度发生改变时，其红外辐射峰值波长将发生移动，将导致红外探器探测准确度大幅度下降，甚至很可能无法探测。

另外，非制冷红外探测器由于周围气候温度的改变，在高/低温工作环境(85℃或-40℃)附近，电路处理信号受探测器的电阻非均匀性或桥腿电阻的影响，成像质量或性能会相对常温成像减低。为了确保在高/低温(85℃或-40℃)工作环境附近，仍能得到较好的红外图像输出，避免高低温的工作环境影响探测器的电阻非均匀性或桥腿电阻的影响，特设计交叉的两个能发挥最佳性能的探测器，一个适合工作在-20℃～100℃，一个适合-60℃～60℃的探测器，这两个探测器在高低温时进行互补，根据周围环境温度，程序自动选择一个或两个芯片甚至四个芯片同时进行工作，接收红外信号后输出最佳的图形质量。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的不足，提供一种工作温度范围大，不同的红外波段进行最佳的成像的非制冷双色红外探测器MEMS芯片。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种非制冷双色红外探测器MEMS芯片，包括一带有ASIC(Application Specific Integrated Circuit:专用集成电路)的衬底和一具有微桥支撑结构的探测器，所述探测器与所述半导体衬底的ASIC电路电连接，所述探测器分为呈矩阵排列的四个区域，分别为第一区域、第二区域、第三区域和第四区域；

所述探测器包括所述衬底上的金属反射层和绝缘介质层，所述金属反射层包括若干个矩阵排列的金属块，第一、三区域绝缘介质层的厚度大于第二、四区域的绝缘介质层，所述第一、三区域绝缘介质层上设有若干个金属电极，所述金属电极通过贯穿所述第一、三区域绝缘介质层的连接金属与所述金属反射层连接；