紅外探測器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了紅外探測器。紅外探測器可以包括：基板；諧振單元，與基板間隔開，諧振單元配置為通過在入射紅外光的多個(gè)波長處引起諧振而產(chǎn)生熱；熱敏電阻層，配置為支撐諧振單元并與諧振單元間隔開，熱敏電阻層具有根據(jù)諧振單元中產(chǎn)生的熱而改變的電阻值；以及連接單元，配置為支撐熱敏電阻層使得熱敏電阻層與基板間隔開并將熱敏電阻層電連接到基板。
【專利說明】紅外探測器【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]示例實(shí)施方式涉及紅外探測器，更具體地，涉及配置為吸收寬頻帶紅外光的紅外探測器。 【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)黑體輻射理論，物體輻射寬頻帶電磁波，輻射的強(qiáng)度在特定波長處最大，該特定波長取決于物體的溫度而改變。例如，處于室溫的物體輻射強(qiáng)度在約10 μ m的波長處為最大的紅外光。
[0003]輻射熱測量器(bolometer)是用于通過利用黑體輻射理論來測量輻射能量的裝置。輻射熱測量器吸收具有輻射的紅外光的波長(或太赫茲)的電磁波，并通過將該電磁波轉(zhuǎn)換為熱并探測由于熱引起的溫度變化來測量輻射能量。
[0004]近來，隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)了具有多個(gè)微輻射熱測量器的二維陣列的紅外探測器。這樣的紅外探測器可以在例如用于獲得熱圖像的熱成像相機(jī)中使用。為了制造具有高分辨率和高溫度準(zhǔn)確性的熱成像相機(jī)，會(huì)期望減小像素的尺寸。然而，當(dāng)紅外探測器使用具有索爾茲伯(Salisbury)屏結(jié)構(gòu)的輻射熱測量器時(shí)，其中基底板與熱吸收器間隔開λ/4的距離(其中λ是要被探測的紅外光的波帶的中心波長)，如果在像素內(nèi)的屏的尺寸減小，則每個(gè)像素上的入射能量會(huì)減少。由于減少提供到每個(gè)像素的入射能量，溫度變化的量會(huì)減小，信噪比也會(huì)降低。
[0005]表面等離子體(surface plasmon)是由于在金屬的表面處而不是內(nèi)部(如在Salisbury屏中)發(fā)生的電荷密度振蕩而產(chǎn)生的一種電磁波。近來已經(jīng)提出了利用局域表面等離子體共振(LSPR)現(xiàn)象的輻射熱測量器來替代Salisbury屏結(jié)構(gòu)。利用等離子體振子吸收器(plasmonic absorber)的福射熱測量器可以由于LSPR而克服低吸收率和低信噪比的限制。
[0006]然而，由于等離子體振子吸收器具有相對(duì)窄的帶寬，所以難以獲得熱圖像。因此，提出了增加等離子體振子吸收器的諧振帶寬的各種方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]—個(gè)或多個(gè)示例實(shí)施方式涉及配置為利用等離子體共振現(xiàn)象來吸收紅外光的紅外探測器。
[0008]在一個(gè)或多個(gè)示例實(shí)施方式中，紅外探測器具有對(duì)于寬頻帶波長的高吸收率。
[0009]額外的方面將在以下的描述中部分地闡述，并將部分地從該描述而變得明顯，或者可以通過給出的示例實(shí)施方式的實(shí)施而掌握。
[0010]根據(jù)示例實(shí)施方式，一種紅外探測器包括:基板；諧振單元，與基板間隔開以通過在入射紅外光的多個(gè)波長處引起諧振而產(chǎn)生熱；熱敏電阻層，支撐諧振單元并且具有根據(jù)諧振單元中產(chǎn)生的熱而改變的電阻值；以及連接單元，支撐熱敏電阻層使得熱敏電阻層與基板間隔開并將熱敏電阻層電連接到基板。[0011]諧振單元包括:第一諧振器，吸收第一波帶的紅外光；以及第二諧振器，配置為吸收第二波帶的紅外光。
[0012]第一諧振器和第二諧振器中的至少一個(gè)包括:第一子諧振器，吸收第一偏振光；以及第二子諧振器，吸收垂直于第一偏振光的第二偏振光。
[0013]第一諧振器和第二子諧振器中的至少一個(gè)可以具有桿的形狀。
[0014]第一諧振器和第二子諧振器可以彼此間隔開或者可以共用一區(qū)域。
[0015]第一諧振器的第一子諧振器和第二諧振器的第二子諧振器可以共用一區(qū)域。
[0016]第一諧振器和第二諧振器可以彼此間隔開或共用一區(qū)域。
[0017]第一波帶和第二波帶可以彼此部分重疊或者可以彼此完全不同。
[0018]連接單元可以包括:支撐件，從基板突出，使得熱敏電阻層與基板間隔開；以及熱引線(thermal leg),將熱敏電阻層連接到支撐件。
[0019]熱引線可以包括彎折圖案。
[0020]紅外探測器還可以包括金屬墊，該金屬墊設(shè)置在支撐件與基板之間以將支撐件電連接到基板。
[0021]紅外探測器還可以包括反射層，該反射層設(shè)置在基板與熱敏電阻層之間以反射入射紅外光。
[0022]反射層可以接觸基板或熱敏電阻層。
[0023]反射層可以由金屬材料形成，并由吸收比諧振器少的熱的材料形成。
[0024]紅外探測器還可以包括熱隔離層，該熱隔離層設(shè)置在基板與熱敏電阻層之間以阻擋熱從熱敏電阻層傳遞到基板。
[0025]根據(jù)另一示例實(shí)施方式，一種紅外探測器包括:基板；多個(gè)諧振單元，與基板間隔開以通過在多個(gè)諧振波長處引起諧振而產(chǎn)生熱并吸收紅外光；多個(gè)熱敏電阻層，分別支撐諧振單元并具有隨著諧振單元中的溫度變化而改變的電阻值；以及連接單元，支撐熱敏電阻層使得熱敏電阻層與基板間隔開并將熱敏電阻層電連接到基板。
[0026]連接單元可以包括:多個(gè)支撐件，從基板突出，使得熱敏電阻層與基板間隔開；以及多個(gè)熱引線，將熱敏電阻層連接到支撐件。
[0027]多個(gè)熱引線可以被串聯(lián)連接。
[0028]每個(gè)諧振單元可以包括:第一諧振器，吸收第一波帶的紅外光；以及第二諧振器，吸收不同于第一波帶的第二波帶的紅外光。
[0029]第一諧振器和第二諧振器中的至少一個(gè)可以包括:第一子諧振器，吸收第一偏振光；以及第二子諧振器，吸收垂直于第一偏振光的第二偏振光。
[0030]在一個(gè)示例實(shí)施方式中，紅外探測器包括:熱敏電阻器，具有根據(jù)溫度而改變的電阻值；以及諧振器，以一距離設(shè)置在熱敏電阻器上方，諧振器配置為響應(yīng)于在至少兩個(gè)不同波帶內(nèi)的電磁輻射而產(chǎn)生熱。
[0031 ] 在一個(gè)實(shí)施方式中，諧振器配置為響應(yīng)于在第一波帶和第二波帶內(nèi)的電磁輻射而產(chǎn)生熱，第二波帶包括在第一波帶之外的波長。
[0032]在一個(gè)實(shí)施方式中，諧振器具有至少兩個(gè)離散的諧振頻率。
[0033]在一個(gè)實(shí)施方式中，諧振器包括多個(gè)子諧振器，每個(gè)子諧振器具有該離散的諧振
頻率之一。[0034]在一個(gè)實(shí)施方式中，第一波帶和第二波帶兩者的波長都包括紅外光的波長。
[0035]在一個(gè)實(shí)施方式中，紅外探測器還包括:支撐件，配置為將熱敏電阻器懸置在紅外探測器的其上具有驅(qū)動(dòng)電路的基板上方的位置；以及熱隔離層，配置為阻止熱從熱敏電阻器傳遞至基板。
[0036]在一個(gè)實(shí)施方式中，兩個(gè)不同的波帶為彼此部分重疊的波帶。
[0037]在一個(gè)實(shí)施方式中，兩個(gè)不同的波帶為彼此不重疊的波帶。
[0038]在一個(gè)實(shí)施方式中，一種熱成像相機(jī)包括:多個(gè)紅外探測器，配置為通過吸收在至少8微米與14微米之間的紅外光而產(chǎn)生熱圖像。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]從以下結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施方式的描述，這些和/或其他的方面將變得明顯并更易于理解，附圖中:
[0040]圖1為示出根據(jù)示例實(shí)施方式的紅外探測器的結(jié)構(gòu)的透視圖；
[0041]圖2為沿著圖1的線A-A’截取的紅外探測器的截面圖；
[0042]圖3為沿著圖1的線B-B’截取的紅外探測器的截面圖；
[0043]圖4為根據(jù)示例實(shí)施方式的被包括在圖1的紅外探測器中的諧振單元的平面圖；
[0044]圖5為示出圖1的紅外探測器的諧振器的吸收譜的模擬結(jié)果的曲線圖；
[0045]圖6A至圖6C為示例性示出諧振單元中的諧振器的布置形式的圖示；
[0046]圖7A和圖7B為示出根據(jù)示例實(shí)施方式的諧振單元的其他形式的圖示；
[0047]圖8為示出根據(jù)示例實(shí)施方式的寬頻帶紅外探測器中布置的諧振單元的圖示；
[0048]圖9為示出圖7A所示的諧振單元的吸收譜的模擬結(jié)果的曲線圖；
[0049]圖10為示出圖8所示的諧振單元的吸收譜的模擬結(jié)果的曲線圖；以及
[0050]圖11為示出根據(jù)另一示例實(shí)施方式的紅外探測器的平面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0051]現(xiàn)在將詳細(xì)參照示例實(shí)施方式，其示例在附圖中示出，其中相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的元件，并且為了清晰，可以夸大元件的尺寸。在這點(diǎn)上，本發(fā)明的示例實(shí)施方式可以具有不同的形式，而不應(yīng)被解釋為限于這里闡述的描述。因此，下面通過參照附圖僅描述了實(shí)施方式，以說明本說明書的各方面。
[0052]這里公開了具體的說明性的實(shí)施方式。然而，這里公開的特定結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)僅是代表性地用于描述示例實(shí)施方式的目的。示例實(shí)施方式可以以許多不同的形式實(shí)施，而不應(yīng)被解釋為僅限于這里闡述的那些。
[0053]然而，應(yīng)當(dāng)理解，無意將本公開限于所公開的具體示例實(shí)施方式。相反地，示例實(shí)施方式將涵蓋落入示例實(shí)施方式的范圍內(nèi)的所有變形、等同物和替換物。相同的附圖標(biāo)記在附圖的整個(gè)描述中表示相同的元件。
[0054]將理解，雖然這里可以使用術(shù)語第一、第二等來描述不同的元件，但是這些元件不應(yīng)受到這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅用于將一個(gè)元件與另一元件區(qū)別開。例如，第一元件可以被稱為第二元件，類似地，第二元件可以被稱為第一元件，而不脫離本公開的范圍。當(dāng)在這里使用時(shí)，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)列舉項(xiàng)目中的一個(gè)或多個(gè)的任意和所有組合。[0055]將理解，當(dāng)一元件被稱為“連接”或“耦接”到另一元件時(shí)，它可以直接連接或耦接到該另一元件或者可以存在居間元件。相反，當(dāng)一元件被稱為“直接連接”或“直接耦接”到另一元件時(shí)，沒有居間元件存在。用于描述元件之間的關(guān)系的其它詞語應(yīng)當(dāng)以類似的方式解釋(例如，“在……之間”與“直接在……之間”，“相鄰”與“直接相鄰”等)。
[0056]這里使用的術(shù)語僅是為了描述【具體實(shí)施方式】的目的，而不旨在進(jìn)行限制。當(dāng)在這里使用時(shí)，單數(shù)形式“一”和“該”也旨在包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另外清楚地表示。還將理解，當(dāng)在這里使用時(shí)，術(shù)語“包括”和/或“包含”指定所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但是并不排除一個(gè)或更多其它特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其組的存在或添加。
[0057]還應(yīng)當(dāng)指出，在一些備選實(shí)施例中，所提到的功能/動(dòng)作可以不按附圖中提到的順序發(fā)生。例如，取決于所涉及的功能/動(dòng)作，連續(xù)示出的兩個(gè)附圖可以實(shí)際上被基本同時(shí)地執(zhí)行，或者有時(shí)可以按相反的順序執(zhí)行。
[0058]現(xiàn)在將參照附圖更全面地描述不同的示例實(shí)施方式，在附圖中示出了一些示例實(shí)施方式。在附圖中，為了清晰，夸大了層和區(qū)域的厚度。
[0059]在下文，將參照附圖詳細(xì)描述紅外探測器。
[0060]圖1為示出根據(jù)示例實(shí)施方式的紅外探測器100的結(jié)構(gòu)的透視圖，圖2為紅外探測器100沿圖1的線A-A’截取的截面圖，圖3為紅外探測器100沿圖1的線B-B’截取的截面圖。圖1至圖3中所示 的紅外探測器100可以是單位像素。
[0061]紅外探測器的結(jié)構(gòu)
[0062]參照?qǐng)D1至圖3，紅外探測器100包括:基板110 ;諧振單元120，與基板110間隔開并在多個(gè)波長處等離子體共振以吸收紅外光。紅外探測器100還包括熱敏電阻層130和連接單元150。熱敏電阻層130支撐諧振單元120并具有根據(jù)諧振單元120中的溫度變化而改變的電阻值。連接單元150支撐熱敏電阻層130使得熱敏電阻層130與基板110間隔開并將熱敏電阻層130電連接到基板110。
[0063]雖然沒有示出，但是用于控制紅外探測器100并讀取所探測的紅外光的強(qiáng)度的驅(qū)動(dòng)電路以及各種導(dǎo)電金屬布線可以布置在基板110上。
[0064]諧振單元120可以由于諧振現(xiàn)象吸收紅外光并產(chǎn)生熱。具體地，諧振單元120可以在多個(gè)波長處引起諧振。諧振單元120可以包括用于吸收兩個(gè)不同波帶的紅外光的至少兩個(gè)諧振器。不同的波帶可以彼此部分地重疊，或者可以彼此完全不同。兩個(gè)波帶中的每個(gè)可以包括在這兩個(gè)波帶中的另一個(gè)波帶之外的至少一個(gè)波長。紅外光的諧振波長根據(jù)諧振單元120和熱敏電阻層130的材料的介電常數(shù)、諧振單元120的形狀和大小以及熱敏電阻層130的厚度來確定。
[0065]例如，如圖4所示，諧振單元120可以包括用于吸收第一波帶的紅外光的第一諧振器122和用于吸收第二波帶的紅外光的第二諧振器124。第一諧振器122和第二諧振器124可以分別包括用于吸收第一偏振光的第一子諧振器122a和第三子諧振器124a以及分別包括用于吸收垂直于第一偏振光的第二偏振光的第二子諧振器122b和第四子諧振器124b。第一偏振光可以是垂直偏振光，第二偏振光可以是水平偏振光。因此，第一諧振器122可以包括用于從第一波帶的紅外光吸收垂直偏振光的第一子諧振器122a和用于從第一波帶的紅外光吸收水平偏振光的第二子諧振器122b，第二諧振器124可以包括用于從第二波帶的紅外光吸收垂直偏振光的第三子諧振器124a和用于從第二波帶的紅外光吸收水平偏振光的第四子諧振器124b。
[0066]第一至第四子諧振器122a、122b、124a和124b可以具有桿形。第一子諧振器122a和第二子諧振器122b可以具有相同的大小，并可以彼此垂直地間隔開。第三子諧振器124a和第四子諧振器124b可以具有相同的大小，并可以彼此垂直地間隔開。第一和第二子諧振器122a和122b的大小可以不同于第三和第四子諧振器124a和124b的大小。
[0067]第一至第四子諧振器122a、122b、124a和124b的每個(gè)可以是用于通過局域表面等離子體共振來吸收紅外光的等離子體振子吸收器或者用于由于超材料(metamaterial)的諧振而吸收紅外光的超材料。第一至第四子諧振器122a、122b、124a和124b的每個(gè)可以由包含金屬的材料形成。例如，第一至第四子諧振器122a、122b、124a和124b可以包括從由金、鈦、鋁、銅、鉬、銀、鎳(Ni)和鉻(Cr)構(gòu)成的組選擇的至少一種金屬材料或金屬的合金。當(dāng)紅外光通過局域表面等離子體共振而與第一至第四子諧振器122a、122b、124a和124b相互作用時(shí)，光可以被聚集在非常窄的區(qū)域上。
[0068]熱敏電阻層130可以不僅機(jī)械地支撐諧振單元120，還可以接收諧振單元120中產(chǎn)生的熱。熱敏電阻層130可以直接吸收紅外光的一部分。如圖1和圖4所示，諧振單元120可以布置在熱敏電阻層130上，熱敏電阻層130可以具有板結(jié)構(gòu)。熱敏電阻層130的面積可以與諧振單元120的面積相同或略大于諧振單元120的面積。在圖1中，熱敏電阻層130具有略大于諧振單元120的面積并形成為板的形狀，但是不限于此。
[0069]熱敏電阻層130可以包括電阻值根據(jù)溫度而變化的熱可變電阻材料。熱可變電阻材料的電阻溫度系數(shù)(TCR)可以是高的。例如，熱敏電阻層130可以包括諸如釩氧化物(VOx)和鎳氧化物的熱可變電阻材料，或者可以由熱可變電阻材料和其他電介質(zhì)(例如，硅氮化物和硅氧化物)的復(fù)合材料構(gòu)成。
[0070]連接單元150支撐熱敏電阻層130，使得熱敏電阻層130與基板110間隔開。此夕卜，連接單元150將熱敏電阻層130電連接到基板110。連接單元150可以由導(dǎo)電材料形成以將熱敏電阻層130電連接到基板110。因此，電流在熱敏電阻層130與連接單元150之間流動(dòng)，基板110中的驅(qū)動(dòng)電路(未示出)可以探測由吸收的熱引起的電阻變化。
[0071]連接單元150可以包括支撐件152、金屬墊154以及熱引線156。支撐件152可以支撐熱敏電阻層130并從基板110突出使得熱敏電阻層130與基板110間隔開。金屬墊154可以布置在支撐件152與基板110之間，以將基板110中的驅(qū)動(dòng)電路(未示出)電連接到支撐件152。熱引線156可以將支撐件152連接到熱敏電阻層130并使從熱敏電阻層130傳遞到支撐件152的熱最小化。熱引線156可以相對(duì)于基板110水平地布置，使得熱引線156的第一端部可以以懸臂梁的形式連接到支撐件152的側(cè)部。
[0072]在圖1中，支撐件152、金屬墊154和熱引線156的每個(gè)都成對(duì)地提供，但是不限于此。支撐件152、金屬墊154和熱引線156的每個(gè)的數(shù)量可以是兩個(gè)或更多。
[0073]支撐件152可以與諧振單元120間隔開。例如，支撐件152可以在基板110上沿對(duì)角線方向布置，以從基板110垂直地突出。
[0074]支撐件152的內(nèi)部可以填充有導(dǎo)電材料，或者可以不填充有導(dǎo)電材料。在支撐件152的內(nèi)部填充有導(dǎo)電材料的情況下，可以不需要金屬墊154。這是因?yàn)橹渭?52可以充分地將電信號(hào)傳輸?shù)津?qū)動(dòng)電路。[0075]熱引線156的第二端部可以連接到熱敏電阻層130。因此，熱敏電阻層130可以被熱引線156和支撐件152支撐且與基板110間隔開。一對(duì)熱引線156可以串聯(lián)地連接到熱敏電阻層130的兩側(cè)。熱引線156可以包括彎折圖案以防止諧振單元120的熱被傳遞到基板110。熱引線156可以由包括熱可變電阻材料、電介質(zhì)和金屬薄膜的材料形成。
[0076]熱隔離層160可以設(shè)置在基板110與熱敏電阻層130之間。熱隔離層160使從諧振單元120和熱敏電阻層130到基板110的直接熱傳遞最小化。熱隔離單元160可以包括諸如真空層和空氣層的低熱傳導(dǎo)層之一。
[0077]紅外探測器100還可以包括反射層170，反射層170設(shè)置在諧振單元120與基板110之間以反射入射的紅外光。在圖1至圖3中，反射層170設(shè)置在熱隔離層160與基板110之間，但是不限于此。反射層170可以設(shè)置在熱敏電阻層130與熱隔離層160之間。反射層170可以朝向諧振單元120反射紅外光，并引起與諧振單元120的等離子體共振，從而改善紅外光吸收效率。反射層170可以具有特定厚度，例如約300nm至約400nm或更大，使得入射的紅外光幾乎不到達(dá)基板110。因此，反射層170下面的基板110可以幾乎不影響諧振現(xiàn)象。
[0078]當(dāng)在諧振單元120中發(fā)生等離子體共振時(shí)，從反射層170反射的紅外光引起與從諧振單元120輻射的紅外光的相消干涉，從而改善吸收效率。
[0079]在熱隔離層160設(shè)置在反射層170與熱敏電阻層130之間的情況下，如圖2所示，反射層170可以形成在基板110上。反射層170可以由金屬形成,該金屬允許由于紅外光吸收引起的熱產(chǎn)生沒有諧振單元120那么強(qiáng)。因此，在反射層170中熱產(chǎn)生被最小化，并且信號(hào)的幅度可以得到改善。例如，諧振單元120可以包括鈦，反射層170可以包括金(Au)和鋁中的至少一種。如圖2所示，在反射層170形成在基板110上的情況下，因?yàn)榉瓷鋵?70中產(chǎn)生的熱不被用于探測信號(hào)并因此為損耗，所以當(dāng)減少由反射層170產(chǎn)生的熱時(shí)，信號(hào)得到改善。
[0080]在另一示例實(shí)施方式中，反射層170可以設(shè)置在熱敏電阻層130與熱隔離層160之間。在此情況下，反射層170可以包括金屬，并可以與熱敏電阻層130接觸。在反射層170與熱敏電阻層130接觸的情況下，反射層170中產(chǎn)生的熱可以被用于探測信號(hào)。因此，諧振單元120可以包括產(chǎn)生比反射層170更多的熱的不同類型的金屬，或者可以包括與反射層170相同類型的金屬。
[0081]如圖2和圖3所示，紅外探測器100還可以包括設(shè)置在諧振單元120與熱敏電阻層130之間的絕緣層180，以使諧振單元120與熱敏電阻層130電絕緣。絕緣層180可以由例如硅氧化物或硅氮化物形成。
[0082]紅外探測器的操作
[0083]在一個(gè)或多個(gè)示例實(shí)施方式中，紅外探測器100可以如下所述地操作。
[0084]當(dāng)紅外波帶(例如，約8-14 μ m)的電磁波入射到紅外探測器100時(shí)，由于電磁波的能量而在諧振單元120中發(fā)生表面等離子體共振或超材料的諧振。沒有被諧振單元120吸收的剩余電磁波被反射層170反射，然后再次入射到諧振單元120，因此吸收效率可以得到改善。
[0085]諧振單元120中諧振的發(fā)生可以產(chǎn)生熱，因此鄰近于諧振單元120的熱敏電阻層130的溫度可以增加。溫度的變化可以改變熱敏電阻層130的電阻，這可以改變流過連接單元150的電流的量。因此，通過利用基板110中的驅(qū)動(dòng)電路(未示出)測量流過連接單元150的電流，可以測量入射到紅外探測器100的紅外光的強(qiáng)度。
[0086]根據(jù)實(shí)施方式，諧振單元120被設(shè)計(jì)為具有在要被探測的紅外波帶(例如，約8-14 μ m)內(nèi)的多個(gè)諧振波長，因此諧振單元120可以在多個(gè)諧振模式下引起諧振。諧振單元120可以包括用于吸收第一波帶的紅外光當(dāng)中的垂直偏振光的第一子諧振器122a、用于吸收第一波帶的紅外光當(dāng)中的水平偏振光的第二子諧振器122b、用于吸收第二波帶的紅外光當(dāng)中的垂直偏振光的第三子諧振器124a以及用于吸收第二波帶的紅外光當(dāng)中的水平偏振光的第四子諧振器124b。如上所述，諧振單元120配置為具有不同的諧振頻率，因此紅外探測器100可以在紅外光的寬頻帶獲得恒定的高探測特性。
[0087]紅外探測器的模擬
[0088]圖5為示出圖1的紅外探測器100的諧振器的吸收譜的模擬結(jié)果的曲線圖。
[0089]第一諧振器122可以被設(shè)計(jì)為具有約1.4 μ m的長度和約0.5 μ m的寬度,第二諧振器124可以被設(shè)計(jì)為具有約2.2 μ m的長度和約0.5 μ m的寬度。通過這樣的配置，如圖5所示，可以理解，其中吸收率為約90%或更高的吸收譜的波帶為約8 μ m至約12 μ m，其大體上是寬的。還可以理解，平均吸收率為約70%或更高。
[0090]如上所述，諧振單元120包括具有多個(gè)諧振頻率的多個(gè)諧振器。圖1中所示的諧振器的布置形式僅為示例，可以被不同地修改。
[0091]諧振器布置
[0092]圖6A至圖6C為示例性示出諧振單元中的諧振器的布置形式的圖示。
[0093]如圖6A所示，諧振單元120a中的第一至第四子諧振器122a、122b、124a和124b可以布置為彼此間隔開并可以大體上形成四邊形。
[0094]如圖6B所示，多個(gè)子諧振器的至少一部分可以共用特定區(qū)域。例如，第一子諧振器122a和第四子諧振器124b可以共用特定區(qū)域，第二子諧振器122b和第三子諧振器124a可以共用特定區(qū)域。因此，諧振單元120b可以大體上具有十字的形狀。
[0095]可選地，如圖6C所示，第一子諧振器122a和第四子諧振器124b可以彼此連接，第二子諧振器122b和第四子諧振器124a可以彼此連接。因此，諧振單元120c可以大體上具有四邊形的形狀。
[0096]在圖6B和圖6C中，第一子諧振器122a的邊緣部與第四子諧振器124b的邊緣部共用，第二子諧振器122b的邊緣部與第三子諧振器124a的邊緣部共用，但是子諧振器不限于此。例如，諧振器可以共用其中心區(qū)域。
[0097]諧振器的上述垂直和水平布置免除了諧振的偏振依賴性，因此對(duì)于垂直偏振紅外光和水平偏振紅外光二者均引起諧振。此外，由于布置了在不同的波長處諧振的多個(gè)子諧振器，所以可以增加感興趣的波帶的平均吸收率。
[0098]雖然已經(jīng)描述了具有相同的諧振頻率但是具有不同的偏振特性的兩個(gè)子諧振器彼此間隔開，但是子諧振器不限于此。例如，具有不同的偏振特性的兩個(gè)子諧振器可以共用一個(gè)區(qū)域。
[0099]圖7A和圖7B為示出根據(jù)示例實(shí)施方式的諧振單元的其他形式的圖示。
[0100]如圖7A所示，具有相同的諧振波長但是具有不同的偏振特性的兩個(gè)子諧振器221a和221b彼此連接，使得諧振器可以形成十字的形狀。也就是，兩個(gè)子諧振器221a和221b可以共用中心區(qū)域。然而，在這種情況下，由于兩個(gè)子諧振器221a和221b具有相同的吸收波帶，所以吸收帶寬會(huì)因此變窄。
[0101]可選地，代替共用中心區(qū)域，如圖7B所示，兩個(gè)子諧振器221a和221b可以不對(duì)稱地彼此連接。例如，ha〈hb并且hc〈hd。因此，圖7B的諧振器的共用區(qū)域可以更接近一側(cè)，諧振器形成十字的形狀。在這種情況下，諧振器由于不對(duì)稱的形狀而具有一個(gè)或多個(gè)諧振頻率，因此吸收帶寬變寬。
[0102]圖8為示出根據(jù)另一示例實(shí)施方式的布置在寬頻帶紅外探測器中的諧振單元220的圖示。
[0103]如圖8所示，諧振單元220可以包括四個(gè)第一諧振器222和一個(gè)第二諧振器224。四個(gè)第一諧振器222的每個(gè)可以包括共用拐角區(qū)域的第一子諧振器222a和第二子諧振器222b。第二諧振器224可以包括共用中心區(qū)域的第三子諧振器224a和第四子諧振器224b。四個(gè)第一子諧振器222可以分別布置在熱敏電阻層130的拐角區(qū)域上，第二諧振器224可以布置在熱敏電阻層130的中心區(qū)域上。因此，四個(gè)第一諧振器222可以吸收第一波帶的紅外光，第二諧振器224可以吸收第二波帶的紅外光。
[0104]圖9和圖10為分別示出圖7A和圖8中所示的諧振單元的吸收譜的模擬結(jié)果的曲線圖。
[0105]第一諧振器222被設(shè)計(jì)為具有約2.2 μ m的長度和約0.5 μ m的寬度，第二諧振器224被設(shè)計(jì)為具有約3.2 μ m的長度和約0.5 μ m的寬度。
[0106]如圖9所示，當(dāng)諧振單元在單個(gè)波長處諧振時(shí)，其中吸收率為約90%或更高的吸收譜的波帶為約9.5 μ m至約10.5 μ m。
[0107]然而，如圖10所示，當(dāng)諧振單元在多個(gè)波長處諧振時(shí)，其中吸收率為約90%或更高的吸收譜的波帶為約8 μ m至約12 μ m。因此，可以理解，在諧振單元在多個(gè)波長處諧振的情況下，吸收譜的帶寬更寬。還可以理解，平均吸收率為約70%或更高。
[0108]圖11為示出根據(jù)另一示例實(shí)施方式的紅外探測器的平面圖。
[0109]在圖1中，紅外探測器100包括單個(gè)諧振單元120。然而，如圖11所示，紅外探測器300可以包括多個(gè)諧振單元320。
[0110]更具體地，如圖11所示，紅外探測器300可以包括:基板310 ;多個(gè)諧振單元320，與基板310間隔開以吸收紅外光并產(chǎn)生熱；多個(gè)熱敏電阻層330，用于將來自多個(gè)諧振單元320的熱轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；連接單元350，支撐多個(gè)熱敏電阻層330使得熱敏電阻層330與基板310間隔開，并將多個(gè)熱敏電阻層電連接到基板310 ;以及熱隔離層360，設(shè)置在基板310與熱敏電阻層330之間以阻擋熱傳遞到基板310。
[0111]在圖11中，示出四個(gè)諧振單元320，但是諧振單元320的數(shù)量不限于此。諧振單元320的數(shù)量可以根據(jù)紅外探測器300的設(shè)計(jì)目的而不同。多個(gè)熱敏電阻層330中的每個(gè)可以支撐諧振單元320之一。熱敏電阻層330可以具有根據(jù)諧振單元320的形狀而圖案化的形狀，以便最小化熱質(zhì)量。
[0112]連接單元350可以包括:一對(duì)支撐件352/354，從基板310突出使得多個(gè)熱敏電阻層330與基板310間隔開；以及多個(gè)熱引線356，用于將多個(gè)熱敏電阻層330連接到一對(duì)支撐件352/354。多個(gè)熱引線356可以被串聯(lián)連接。多個(gè)諧振單元320中的每個(gè)可以包括用于吸收第一波帶的第一紅外光的第一諧振器和用于吸收第二波帶的第二紅外光的第二諧振器。第一和第二諧振器的每個(gè)可以包括用于吸收第一偏振光的第一子諧振器和用于吸收垂直于第一偏振光的第二偏振光的第二子諧振器。
[0113]在布置多個(gè)熱敏電阻層330和多個(gè)諧振單元320的情況下，相鄰的熱敏電阻層330之間的距離可以被適當(dāng)?shù)卣{(diào)整以減少衍射損失。熱敏電阻層330之間的距離dl和d2起到衍射狹縫的作用。因此，如果要被探測的波帶的紅外光在所述距離之間衍射，則紅外探測器300的效率會(huì)降低。因此，通過將距離dl和d2設(shè)定為小于要被探測的紅外波帶的波長，則入射到紅外探測器300的紅外光不會(huì)在熱敏電阻層330之間的距離處衍射。例如，熱敏電阻層330之間的距離dl和d2可以小于約8 μ m，在一個(gè)或多個(gè)示例實(shí)施方式中，距離dl和d2可以為約6 μ m。
[0114]圖11的紅外探測器300與上述的紅外探測器100相同，除了諧振單元320和熱敏電阻層330被提供為多個(gè)并且熱敏電阻層330通過熱引線356連接之外。因此，省略對(duì)紅外探測器300的詳細(xì)描述。
[0115]根據(jù)示例實(shí)施方式的紅外探測器能夠在多個(gè)波帶諧振，因此紅外探測器能夠吸收寬頻帶紅外光，并且由于熱隔離層還具有改善的穩(wěn)定性。
[0116]上述紅外探測器能夠用于具有多個(gè)單位像素的二維陣列的紅外熱成像相機(jī)，或用于具有單個(gè)單位像素的結(jié)構(gòu)的紅外傳感器或熱成像傳感器。
[0117]應(yīng)當(dāng)理解，這里描述的示例實(shí)施方式應(yīng)當(dāng)僅以說明性的含義來考慮而不是為了限制的目的。每個(gè)實(shí)施方式中的特征或方面的描述應(yīng)當(dāng)通常被認(rèn)為可用于其他示例實(shí)施方式中的其他類似特征或方面。
[0118]本申請(qǐng)要求于2013年2月I日在韓國知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請(qǐng)N0.10-2013-0011979的權(quán)益，其公開內(nèi)容通過引用整體結(jié)合于此。
【權(quán)利要求】
1.一種紅外探測器，包括: 基板； 諧振單元，與所述基板間隔開，所述諧振單元配置為通過在入射紅外光的多個(gè)波長處引起諧振而產(chǎn)生熱； 熱敏電阻層，配置為支撐所述諧振單元并與所述諧振單元間隔開，所述熱敏電阻層具有根據(jù)所述諧振單元中產(chǎn)生的熱而改變的電阻值；以及連接單元，配置為， 支撐所述熱敏電阻層，使得所述熱敏電阻層與所述基板間隔開，以及 將所述熱敏電阻層電連接到所述基板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外探測器，其中所述諧振單元包括: 第一諧振器，配置為吸收第一波帶的紅外光；以及 第二諧振器，配置為吸收第二波帶的紅外光，所述第二波帶包含處于所述第一波帶之外的至少一個(gè)波長。
3.根據(jù)權(quán)利要 求2所述的紅外探測器，其中所述第一諧振器和所述第二諧振器中的至少一個(gè)包括: 第一子諧振器，配置為吸收第一偏振光；以及 第二子諧振器，配置為吸收第二偏振光，所述第二偏振光垂直于所述第一偏振光。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的紅外探測器，其中所述第一子諧振器和所述第二子諧振器中的至少一個(gè)具有桿形。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的紅外探測器，其中所述第一子諧振器和所述第二子諧振器彼此間隔開或者共用一區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的紅外探測器，其中所述第一諧振器的所述第一子諧振器和所述第二諧振器的所述第二子諧振器共用一區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紅外探測器，其中所述第一諧振器和所述第二諧振器彼此間隔開或者共用一區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紅外探測器，其中所述第一波帶和所述第二波帶彼此部分重疊或者彼此完全不同。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外探測器，其中所述連接單元包括: 支撐件，從所述基板突出，所述支撐件配置為使所述熱敏電阻層與所述基板間隔開；以及 熱引線，配置為將所述熱敏電阻層連接到所述支撐件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的紅外探測器，其中所述熱引線形成彎折圖案。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的紅外探測器，還包括: 金屬墊，設(shè)置在所述支撐件與所述基板之間，所述金屬墊配置為將所述支撐件電連接到所述基板。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外探測器，還包括: 反射層，設(shè)置在所述基板與所述熱敏電阻層之間，所述反射層配置為反射入射的紅外光。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的紅外探測器，其中所述反射層配置為接觸所述基板或所述熱敏電阻層。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的紅外探測器，其中所述反射層由金屬材料形成，形成所述反射層的所述金屬材料配置為吸收比所述諧振器的材料少的熱。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外探測器，還包括: 熱隔離層，設(shè)置在所述基板與所述熱敏電阻層之間，所述熱隔離層配置為阻擋熱從所述熱敏電阻層傳遞到所述基板。
16.一種紅外探測器，包括: 基板； 多個(gè)諧振單元，與所述基板間隔開，所述多個(gè)諧振單元配置為， 通過在多個(gè)諧振波長處引起諧振而產(chǎn)生熱，以及 吸收紅外光； 多個(gè)熱敏電阻層，配置為支撐所述諧振單元，所述多個(gè)熱敏電阻層具有隨著所述諧振單元中的溫度變化而改變的電阻值；以及連接單元，配置為， 支撐所述熱敏電阻層，使得所述熱敏電阻層與所述基板間隔開，以及 將所述熱敏電阻層電連接到所述基板。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的紅外探測器，其中所述連接單元包括: 多個(gè)支撐件，從所述基板突出，所述支撐件配置為使所述熱敏電阻層與所述基板間隔開；以及 多個(gè)熱引線，配置為將所述熱敏電阻層連接到所述支撐件。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的紅外探測器，其中所述熱引線彼此串聯(lián)連接。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的紅外探測器，其中每個(gè)所述諧振單元包括: 第一諧振器，配置為吸收第一波帶的紅外光；以及 第二諧振器，配置為吸收第二波帶的紅外光，所述第二波帶包含在所述第一波帶之外的至少一個(gè)波長。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的紅外探測器，其中所述第一諧振器和所述第二諧振器中的至少一個(gè)包括: 第一子諧振器，配置為吸收第一偏振光；以及 第二子諧振器，配置為吸收第二偏振光，所述第二偏振光垂直于所述第一偏振光。
21.一種紅外探測器，包括: 熱敏電阻器，具有根據(jù)溫度而改變的電阻值；以及 諧振器，以一距離設(shè)置在所述熱敏電阻器上方，所述諧振器配置為響應(yīng)于在至少兩個(gè)不同的波帶內(nèi)的電磁輻射而產(chǎn)生熱。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的紅外探測器，其中所述諧振器配置為響應(yīng)于在第一波帶和第二波帶內(nèi)的電磁輻射而產(chǎn)生熱，所述第二波帶包括處于所述第一波帶之外的波長。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的紅外探測器，其中所述諧振器具有至少兩個(gè)離散的諧振頻率。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的紅外探測器，其中所述諧振器包括: 多個(gè)子諧振器，每個(gè)子諧振器具有所述離散諧振頻率之一。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的紅外探測器，其中所述第一波帶和所述第二波帶兩者的波長都包括紅外光的 波長。
【文檔編號(hào)】G01J5/20GK103968957SQ201410044815
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年2月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月1日
【發(fā)明者】南圣炫, 樸海錫 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社