[发明专利]一种红外辐射传感器

说明书

公开了一种辐射传感器。该辐射传感器包括衬底；位于衬底上的膜片；具有吸收红外辐射的吸收层；所述吸收层与所述隔膜之间的支撑元件，所述吸收层与所述隔膜之间形成间隔间隙；其中间隙的大小在3.6微米到100微米之间。

技术领域

各种涉及红外辐射传感器的领域。

背景技术

基于红外独特的吸收特性来检测物质(例如流体或气体分子)是广泛使用的方法。其应用涵盖了从家庭(如空调监控或火灾报警)到工业(如空气污染监测或随钻测井(LWD)工具)等领域。

它也适用于某些医疗应用。例如，监测呼吸气体中二氧化碳浓度的二氧化碳图提供了关于患者病情的重要信息。因此，开发具有高性能的红外辐射探测器对于这些应用至关重要。热电堆是将热能转换成电能的电子装置。热电堆通常用于红外辐射传感器，因为它们具有检测温度差的特性，但不是绝对温度，这对温度变化的有显著稳定性。

传统的基于热电堆的红外辐射传感器100具有悬浮的薄膜101，集成在一起的吸收层102和热电材料104，如图1所示。膜101悬挂在空腔105上方。吸收层102将被红外辐射加热并且热量被转换到热电部分104.热电堆中相对于吸收体的近端被称为“热结”106，其被吸收层102连续地加热。而基板则将远端的热量转换成环境温度，该部分是“冷结”108，如图1所示。因此，冷结108和热结106之间存在温差.根据塞贝克效应，冷结点108和热结点106之间将存在电压差。很明显，高效吸收器的设计是高效的红外传感器的第一步。

传统的基于热电堆的红外传感器100通常通过使用能够提供高达90％以上的吸收率的材料来增强吸收器的性能。然而，吸收面积仍然有很大的局限性，如图1所示，吸收面积限于中心部分，这意味着检测器吸收的能量受到限制，从而影响对相同辐射强度的响应。

3D吸收器已被用于微型辐射热测量计。但是，过程和设计都不适用于热电堆。微型辐射热测量仪的尺寸相对较小，吸热体和热电层之间的小间隙会因产生空气对流而限制热电堆的性能。

发明内容

根据本发明，公开了一种辐射传感器。辐射传感器包括衬底；位于衬底上的隔膜；吸收层，其被配置为吸收红外辐射；布置在吸收层和隔膜之间的支撑元件，使得在吸收层和隔膜之间形成间隙；其中间隙的大小处于大约3.6微米至约100微米范围内。

根据本发明，公开了另一种辐射传感器。辐射传感器包括衬底；位于衬底上的隔膜；吸收层，其被配置为吸收红外辐射；布置在吸收层和隔膜之间的支撑元件，使得吸收层相对于隔膜具有间隔关系；在吸收层和衬底之间形成的第一腔体，第一腔体是真空的。

附图说明

在附图中，在不同的图示中，相似的数字标记通常表示相同的部分。附图不一定按比例绘制，重点在说明本发明的原理上。在以下描述中，参照以下附图描述了本发明的各种实施例，其中：

图1示出了传统的基于热电堆的红外辐射传感器。

图2示出了根据本发明的辐射传感器的示意图。

图3示出了根据本发明的辐射传感器的示意图。

图4a示出了根据本发明的辐射传感器的三维视图。

图4b和图4c示出了根据本发明的辐射传感器的横截面图。

图5示出了根据本发明的辐射传感器的示意图。

图6示出根据本发明的仅包括3D吸收器的传感器的设计的示例性模型。

图7a示出根据本发明的辐射传感器的三种设计的灵敏度(Rs)的模拟结果。图7b示出根据本发明的辐射传感器的三种设计的探测灵敏度(D*)的模拟结果的图。

图8a示出了根据本发明的相对于辐射传感器的支撑元件的半径绘制的灵敏度(Rs)和探测灵敏度(D*)的曲线图。