專利名稱：熱釋電紅外敏感元及熱釋電紅外探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紅外探測器，具體的說，涉及了一種熱釋電紅外敏感元及熱釋電紅外探測器。
背景技術(shù)：
早期的光子型紅外探測器為了提高靈敏度和降低噪聲，必須將其制冷到70K—90K 這樣非常低的溫度才能實現(xiàn)，因此，光子型的紅外探測器必須附加制冷裝置等相關(guān)設(shè)備，這不僅使探測器的結(jié)構(gòu)變得復雜，也會大大增加制造的成本。非制冷熱釋電紅外探測器可以在室溫條件下工作，克服了光子型紅外探測器必須在低溫條件下才能工作的致命缺點，大大降低了儀器組件的復雜性，同時也提高了探測器的可靠性和性價比。對熱釋電紅外探測器來說，其的電流響應率、電壓響應率和探測率均與熱釋電敏感元的厚度成反比，敏感元越薄，器件的性能就越好。然而，現(xiàn)有的熱釋電紅外敏感元主要由前吸收層、上電極、熱釋電薄膜以及下電極四層構(gòu)成，前吸收層加上電極的雙層結(jié)構(gòu)會使敏感元的厚度增加，造成熱容增大，從而導致了響應時間的延長和靈敏度的降低， 特別是當用于要求均勻程度高和探測率高的NWR探測器時，厚膜結(jié)構(gòu)的探測器將進一步受到限制。目前的紅外探測器存在的問題還有不能有效地吸收微弱的紅外輻射能量，免受不了背景光、環(huán)境溫度波動對其的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，從而提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、響應時間短、靈敏度高和抗干擾能力強的熱釋電紅外敏感元，還提供了一種熱釋電紅外探測器。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種熱釋電紅外敏感元，它包括上電極，采用真空蒸鍍工藝蒸發(fā)沉積在鉭酸鋰薄膜層上表面，用于吸收紅外輻射熱能， 并用于引出熱釋電響應信號；所述上電極采用金或鉬或鉻或鎳鉻合金為電極材料；
鉭酸鋰薄膜層，設(shè)置在所述上電極和下電極之間，將所述上電極吸收的紅外輻射熱能以及將環(huán)境振動和環(huán)境溫度波動通過所述鉭酸鋰薄膜的熱釋電效應轉(zhuǎn)換為熱釋電響應信號；
下電極，采用真空蒸鍍工藝蒸發(fā)沉積在所述鉭酸鋰薄膜層下表面，用于引出熱釋電響應信號。基于上述，所述上電極采用鉻或鎳鉻合金為電極材料，所述上電極的厚度為 100 500埃；所述下電極采用銀為電極材料，所述下電極的厚度為1500 3000埃；所述鉭酸鋰薄膜層的厚度是5 15微米?！N熱釋電紅外探測器，所述的熱釋電紅外敏感元、熱釋電補償敏感元、前置放大器場效應管、阻抗匹配電阻、管帽、設(shè)置在所述管帽頂部的紅外濾光窗、設(shè)置在所述管帽底部的管座、三個設(shè)置在所述管座上的管腳、封裝在所述管帽內(nèi)的電路板、兩個安裝在所述電路板上的支撐體，其中，所述熱釋電紅外敏感元和所述熱釋電補償敏感元的上電極分別連
3接所述前置放大器場效應管的柵極，所述熱釋電紅外敏感元和所述熱釋電補償敏感元的下電極接地，所述阻抗匹配電阻的兩端并聯(lián)在所述熱釋電紅外敏感元的上電極和下電極之間；所述前置放大器場效應管和所述阻抗匹配電阻設(shè)置在所述電路板上，三個所述管腳分別連接所述熱釋電紅外敏感元的下電極、所述前置放大器場效應管的漏極和源極，所述熱釋電紅外敏感元和所述熱釋電補償敏感元采用SMT自動貼片工藝分別設(shè)置在兩個所述支撐體上?；谏鲜?，所述支撐體是鐵氧體。本發(fā)明相對現(xiàn)有技術(shù)具有突出的實質(zhì)性特點和顯著進步，具體的說，所述熱釋紅外電敏感元采用三層結(jié)構(gòu)，它的上電極同時也作為吸收層，解決了原有技術(shù)中因為敏感元厚度增加而產(chǎn)生的響應時間延長和靈敏度降低的問題；所述熱釋電紅外敏感元和所述熱釋電補償敏感元設(shè)置為雙元反向并聯(lián)結(jié)構(gòu)，能夠從結(jié)構(gòu)上減弱和消除環(huán)境振動和溫度波動等環(huán)境干擾對所述熱釋電紅外探測器的影響；濾光窗能夠濾除背景可見光和其他非探測波段光對所述熱釋電紅外探測器的干擾，更進一步加強了熱釋電紅外探測器的抗干擾能力；由于鉭酸鋰薄膜很薄，采用SMT自動貼片工藝，能使生產(chǎn)更方便、效率更高、產(chǎn)品的一致性更好。


圖1是所述熱釋電紅外敏感元的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是所述熱釋電紅外敏感元的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是所述熱釋電紅外探測器的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是所述熱釋電紅外探測器的端部結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是所述熱釋電紅外探測器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面通過具體實施方式
，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。如圖1和圖2所示，一種熱釋電紅外敏感元，它包括上電極12、鉭酸鋰薄膜層11、 下電極13，其中，所述上電極12以金或鉬或鉻或鎳鉻合金為電極材料，采用真空蒸鍍工藝蒸發(fā)沉積在鉭酸鋰薄膜層11上表面，其厚度可為100 500埃，用于吸收紅外輻射熱能，并用于引出熱釋電響應信號；
所述鉭酸鋰薄膜層11設(shè)置在所述上電極12和下電極13之間，將所述上電極12吸收的紅外輻射熱能以及將環(huán)境振動和環(huán)境溫度波動通過所述鉭酸鋰薄膜的熱釋電效應轉(zhuǎn)換為熱釋電響應信號，其厚度是5 15微米；
所述下電極13以導電性能好的金屬為電極材料，采用真空蒸鍍工藝蒸發(fā)沉積在所述鉭酸鋰薄膜層下表面，其厚度可為1500 3000埃，用于引出熱釋電響應信號。在敏感元制備過程中，需要在鉭酸鋰薄膜11的上下兩面分別蒸發(fā)沉積并形成所述上電極12和所述下電極13，對于十幾微米厚度的鉭酸鋰薄膜11，電極面積總是稍小于鉭酸鋰薄膜11的表面積；下電極13要求有良好的導電性能，優(yōu)選銀為電極材料；上電極12除了要求有良好導電性能外，還需考慮對紅外輻射的吸收效率，如采用金、鉬、鉻、鎳鉻等為電極材料，優(yōu)選鉻或鎳鉻為電極材料。
制備鉭酸鋰薄膜11時，把鉭酸鋰材料經(jīng)過切割研磨得到尺寸符合要求、表面質(zhì)量良好的薄層晶片，然后采用雙面機械拋光的方法得到一定厚度的鉭酸鋰晶片，通過劃片機把鉭酸鋰晶片劃成一定規(guī)格尺寸的小晶片，最后再用單面研磨拋光機把小晶片研磨到5 15微米厚的鉭酸鋰薄膜。如圖3、圖4和圖5所示，一種熱釋電紅外探測器，它包括前述的熱釋電紅外敏感元1、熱釋電補償敏感元2、前置放大器場效應管3、阻抗匹配電阻4、管帽5、設(shè)置在所述管帽 5頂部的紅外濾光窗6、設(shè)置在所述管帽5底部的管座7、三個設(shè)置在所述管座7上的管腳 (83，81，82)、封裝在所述管帽5內(nèi)的電路板9、兩個安裝在所述電路板上的支撐體10，其中， 所述熱釋電紅外敏感元1和所述熱釋電補償敏感元2的上電極分別連接所述前置放大器場效應管3的柵極31，所述熱釋電紅外敏感元1和所述熱釋電補償敏感元2的下電極接地，所述阻抗匹配電阻4的兩端并聯(lián)在所述熱釋電紅外敏感元1的上電極和下電極之間；所述前置放大器場效應管3和所述阻抗匹配電阻4設(shè)置在所述電路板9上，三個所述管腳(83，81， 82)分別連接所述熱釋電紅外敏感元1的下電極、所述前置放大器場效應管3的漏極32和源極33，所述熱釋電紅外敏感元1和所述熱釋電補償敏感元2采用SMT自動貼片工藝分別設(shè)置在兩個所述支撐體10上；所述支撐體10為鐵氧體。紅外輻射經(jīng)過所述紅外濾光窗6的過濾，濾除了背景光等干擾后，被所述熱釋電紅外敏感元1吸收，然后通過所述鉭酸鋰薄膜11的熱釋電效應轉(zhuǎn)換為熱釋電響應信號，而所述熱釋電補償敏感元則將環(huán)境振動和環(huán)境溫度波動通過它自身的鉭酸鋰薄膜的熱釋電效應轉(zhuǎn)換為熱釋電響應信號，通過雙元反向并聯(lián)結(jié)構(gòu)的設(shè)置，兩個響應信號的差值為輸出的熱電響應信號，這就從結(jié)構(gòu)上排除了溫度等環(huán)境因素的干擾；所述的熱釋電紅外敏感元是具有特別高的源阻抗的電容性器件，所以在使用時要配置高輸入阻抗低噪聲的前置放大器場效應管3。對器件進行封裝時，封裝的好壞會影響器件的可靠性和穩(wěn)定性，故對熱釋電紅外探測器抽真空，并充滿氮氣，然后采用儲能焊接的封裝方法把制備好的熱釋電紅外探測器半成品封裝在帶有紅外濾光窗口的管殼內(nèi)。本發(fā)明可通過綁定機弓丨線來實現(xiàn)熱電響應信號的引出，這樣可以提高熱釋電紅外敏感元的制作效率和產(chǎn)品的一致性，同時也可以提高熱釋電紅外探測器的探測性能。最后應當說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制；盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解依然可以對本發(fā)明的具體實施方式
進行修改或者對部分技術(shù)特征進行等同替換；而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，其均應涵蓋在本發(fā)明請求保護的技術(shù)方案范圍當中。
權(quán)利要求
1.一種熱釋電紅外敏感元，其特征在于它包括上電極，采用真空蒸鍍工藝蒸發(fā)沉積在鉭酸鋰薄膜層上表面，用于吸收紅外輻射熱能， 并用于引出熱釋電響應信號；所述上電極采用金或鉬或鉻或鎳鉻合金為電極材料；鉭酸鋰薄膜層，設(shè)置在所述上電極和下電極之間，將所述上電極吸收的紅外輻射熱能以及將環(huán)境振動和環(huán)境溫度波動通過所述鉭酸鋰薄膜的熱釋電效應轉(zhuǎn)換為熱釋電響應信號；下電極，采用真空蒸鍍工藝蒸發(fā)沉積在所述鉭酸鋰薄膜層下表面，用于引出熱釋電響應信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱釋電紅外敏感元，其特征在于所述上電極采用鉻或鎳鉻合金為電極材料，所述上電極的厚度為100 500埃；所述下電極采用銀為電極材料，所述下電極的厚度為1500 3000埃；所述鉭酸鋰薄膜層的厚度是5 15微米。
3.一種熱釋電紅外探測器，其特征在于它包括權(quán)利要求1一2任一項所述的熱釋電紅外敏感元、熱釋電補償敏感元、前置放大器場效應管、阻抗匹配電阻、管帽、設(shè)置在所述管帽頂部的紅外濾光窗、設(shè)置在所述管帽底部的管座、三個設(shè)置在所述管座上的管腳、封裝在所述管帽內(nèi)的電路板、兩個安裝在所述電路板上的支撐體，其中，所述熱釋電紅外敏感元和所述熱釋電補償敏感元的上電極分別連接所述前置放大器場效應管的柵極，所述熱釋電紅外敏感元和所述熱釋電補償敏感元的下電極接地，所述阻抗匹配電阻的兩端并聯(lián)在所述熱釋電紅外敏感元的上電極和下電極之間；所述前置放大器場效應管和所述阻抗匹配電阻設(shè)置在所述電路板上，三個所述管腳分別連接所述熱釋電紅外敏感元的下電極、所述前置放大器場效應管的漏極和源極，所述熱釋電紅外敏感元和所述熱釋電補償敏感元采用SMT自動貼片工藝分別設(shè)置在兩個所述支撐體上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱釋電紅外探測器，其特征在于所述支撐體是鐵氧體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種熱釋電紅外敏感元及熱釋電紅外探測器，所述熱釋電紅外敏感元包括上電極、鉭酸鋰薄膜層和下電極三層結(jié)構(gòu)，它的上電極同時也作為吸收層，解決了原有技術(shù)中因為敏感元厚度增加而產(chǎn)生的響應時間延長和靈敏度降低的問題；所述熱釋電紅外探測器包括所述熱釋電紅外敏感元、熱釋電補償敏感元、前置放大器場效應管、阻抗匹配電阻、管帽、設(shè)置在所述管帽頂部的紅外濾光窗、設(shè)置在所述管帽底部的管座、三個設(shè)置在所述管座上的管腳、封裝在所述管帽內(nèi)的電路板、兩個安裝在所述電路板上的支撐體。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、響應時間短、靈敏度高和抗干擾能力強等優(yōu)點。
文檔編號G01J5/34GK102359821SQ20111024244
公開日2012年2月22日 申請日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月23日
發(fā)明者張小水, 祁明鋒, 范子亮, 郭景華, 鐘克創(chuàng), 雷同貴 申請人:鄭州煒盛電子科技有限公司