钽酸锂薄膜红外探测器及制法的制作方法

专利名称：钽酸锂薄膜红外探测器及制法的制作方法
技术领域：
本发明属于红外探测器领域，特别涉及一种在2 20iim波长范围内探测红外辐射的谐 振斩波调制的非制冷的热释电钽酸锂薄膜红外探测器及其制造方法。
背景技术：
非制冷热释电红外探测器是根据热释电效应工作的，是指某些具有热释电特性的晶体或 薄膜材料受到频率调制的红外热辐射时，在晶体或薄膜内将产生温度变化，其分子的电偶极矩将发生相应变化，由于热释电效应使得晶体或薄膜表面感应产生累积的热释电响应电荷。早期的光子型红外探测器，比如碲镉汞探测器，为了提高光子探测器的灵敏度，降低探 测器的本底噪声，必须制冷到70 90K非常低的温度范围才能正常工作。因此，用光子探测 器组建的红外探测系统，必须需要附加真空杜瓦瓶和制冷器等装置， 一方面使结构变得复杂， 另一方面使制造成本大大增加。而非制冷热释电红外探测器可在室温条件下工作，可以克服 光子型红外探测器必须低温制冷才能工作的致命缺点，使仪器组件的复杂性大大下降，可靠 性相对提高，性价比得到有效提高。热释电红外探测器的性能指标，比如电流响应、电压响应和器件探测率，与热释电红外 敏感元的厚度成反比，敏感元越薄(在ura量级)，器件性能就越好。所以体材料的热释电红 外敏感元由于受几何结构、厚度尺寸等限制，并不适合于高性能的热释电红外探测应用。除 此以外，目前现有的热释电红外探测器还面临三个难题，第一个是红外辐射能量通常非常微 弱，需要设计特殊结构对其进行有效吸收；第二个是背景光、环境温度波动对探测器会产生 干扰输出信号；第三是冲击或振动会使探测器输出较大的干扰信号，因为通常热释电材料同 时具有热释电和压电特性。这三个难题都是影响探测器性能的关键因素，需要从器件结构设 计上加以解决。所以本发明涉及的钽酸锂薄膜红外探测器，提出用新研制的钽酸锂薄膜取代以往的钽酸 锂晶体来制造热释电红外探测器，充分利用薄膜材料热容小、不受器件几何结构和厚度尺寸 限制的优势，制造出性能更好的红外探测器。发明内容本发明涉及一种钜酸锂薄膜红外探测器及制法。本发明的目的在于提供一种在2 20ym波长范围内探测红外辐射的谐振斩波调制的非 制冷的热释电钽酸锂薄膜红外探测器。本发明的另一目的在于提供一种钽酸锂薄膜红外探测器的制造方法。 本发明所述的钽酸锂薄膜红外探测器，其结构包括一红外滤波窗口，对入射辐射红外光进行滤波，消除背景可见光和其它非探测波段光对 探测器的干扰；一谐振斩波调制器，该谐振斩波调制器可以安装在探测器壳体内，也可以安装在探测器壳体外，都对通过红外滤波窗口的入射红外光进行斩波调制；一聚焦透镜，置于红外滤波窗口的正后方，使经过红外窗口滤波的入射辐射红外光全部聚焦到热释电钽酸锂薄膜红外探测头上；一热释电钽酸锂薄膜红外探测头，由多层膜系构成，包括以下几部分-(1)红外吸收黑层，吸收入射辐射红外光并转化成热能；(2)上电极层，位于红外吸收 黑层正下方，和热释电钽酸锂薄膜层上表面上方，可焊接导线，引出热释电响应信号；(3) 热释电钽酸锂薄膜层，位于上电极层的下面和下电极层的上面，为热释电红外敏感层，将黑 层吸收的热能通过钽酸锂薄膜的热释电效应转换为热电响应信号；(4)下电极层，蒸发沉积 钽酸锂薄膜层下表面，可焊接导线，引出热释电响应信号；(5)绝热层，蒸发沉积在下电极 的下表面上，阻止热流向硅基底层传播；(6)支撑层，蒸发沉积在绝热层的下表面上，对上 述各层起支撑作用；(7)背面腐空的硅基底层，位于支撑层下方，用腐蚀液对热释电钽酸锂 薄膜层正下方的硅基底层背面腐蚀出一个空腔，阻止热流散失-，一热沉腔体，为热释电钽酸锂薄膜红外探测头安装容器，并将其内部抽成真空，可避免 探测器壳体内其它元器件热辐射对红外探测头的影响；一前置放大器，与热释电钽酸锂薄膜红外探测头输出端连接，对探测头输出的电信号放 大并转换为电压信号，并实现阻抗匹配；一低通滤波器，对前置放大器输出的信号进行低通滤波处理，用以滤除斩波调制频带以 外的高频成份；一电源及信号输出接口，该接口一部分与低通滤波器输出端连接，为探测器信号输出标 准接口；该接口另一部分为电源接口，为探测器内元器件提供电源； 一壳体，将上述所有器件密封在一个壳体内，然后压接封装；一环境温度探测补偿器，通过紧贴于探测器壳体内壁的温度传感器测试外界环境温度， 经过计算补偿环境温度变化对探测器的影响；其中所述的钽酸锂薄膜红外探测器设计了双元结构，同时制作两个完全相同探测单元，一个直接用于测量红外辐射，同时也受环境温度波动和振动冲击的影响；另一个单元不测量 红外辐射，而只测量环境温度波动和冲击振动对探测器的干扰信号；将两个探测单元信号直 接相减，可消除或大大减小环境温度波动和振动冲击对探测器的影响。其中所述的谐振斩波调制器有两种驱动方式 一种是压电驱动方式，另一种是电磁耦合 驱动方式。压电驱动方式是指用电信号驱动贴在谐振片上的压电片，引起谐振片在某固定的 低频频率上谐振，实现对入射辐射红外光斩波调制；电磁耦合驱动方式是指用电磁激励装置 驱动贴在谐振片上的磁铁块，引起谐振片在某固定的低频频率上谐振，实现对入射辐射红外 光斩波调制。一种钽酸锂薄膜红外探器及制法，其特征在于包括如下歩骤(1) 选取3英寸Si (100)晶向基底，在600 1500'C其正反两面都采用湿氧化法生长 0. 5~5 u m厚的Si02膜层作为Si基片背面腐蚀空腔后的支撑层；(2) 在500 900°C条件下，在超高真空的低压化学气相沉积(LPCVD)设备中在基片 正面的Si02膜层上沉积一层0. 1 5ym厚的Si:扎薄膜，同时起支撑作用和绝热层作用；(3) 在Si.JV薄膜层上溅射沉积一层约10 100nm厚的Ti隔离缓冲层，最后Ti层上溅 射沉积20 200nm厚的Pt膜层，并光刻形成所需形状的双元结构的Pt底电极层；(4) 用溶胶-凝胶法在底电极层上制备0.5 5网厚的钽酸锂薄膜热电响应层；而后在 钽酸锂薄膜层上蒸发沉积0. 1 5 u m厚的Al膜层，并光刻形成所需形状的上电极层；(5) 在PECVD设备中生长1(K100nm厚SiNx膜并光刻形成抗反射层；(6) 在反射层上溅射沉积20 200nm厚的超薄黑层作红外吸收黑层，完成双元结构的 钽酸锂薄膜红外探器红外探头的制作；(7) 在聚焦透镜表面上涂上防反射膜，可以阻止入射红外光的反射，使入射红外光全 部聚焦到热释电钽酸锂薄膜红外探测头上；(8) 红外窗口上贴有窄带红外滤波膜对入射辐射红外光进行滤波，滤波波带宽度根据 应用需要确定， 一般为中心滤波波长土 10nm;(9) 前置放大器采用低噪声高灵敏度JFET场效应管及其附属电路搭建而成，或采用 低噪声高灵敏高输入阻抗的运算放大器及其附属电路搭建而成， 一方面能将红外探头输出的 pA级微弱电流信号放大为mV级电压信号输出，另一方面实现阻抗匹配，将红外探头的TQ级 的阻抗转化为KQ级阻抗；(10) 低通滤波器是有源滤波电路，由高精度低噪声运算放大器搭建而成，其截止 频率根据应用需要确定，对于高温探测其截止频率居于1Hz 1000Hz之间，具体数值由应用试 验确定；(11)环境温度探测补偿器，采用数字化硅温度探测头及其附属电路搭建成，可探测温度范围介于-4crc 75'c之间，探测精度在o. rc o.5'c，具体数值由应用试验确定；G2)谐振斩波调制器，有两种驱动方式 一种是压电驱动方式，另一种是电磁耦合驱动方式。压电驱动方式是指在基座上制作一个谐振膜片，用电信号驱动贴在谐振片上的 压电片，引起谐振片在某固定的低频频率上谐振，实现对入射辐射红外光斩波调制，谐振频率调整在1Hz 1000Hz之间，要求谐振膜片材料对红外光吸收少；电磁耦合驱动方式是指在谐振膜片上固定一个永磁铁块，用电磁激励装置驱动贴在谐振片上的磁铁块，通过电磁耦合使其谐振，谐振频率调整在1Hz 1000Hz之间。该谐振斩波调制器可以安装在探测器壳体内， 也可以安装在探测器壳体外，都对入射辐射红外光斩波调制，具体位置山应用试验确定；(13) 探测器电源及信号输出接口，采用标准航空插头，该插头两根插针作为电源 接口，其他插针作为信号接口；其中所述红外滤波窗口，贴有窄带红外滤波膜对入射辐射红外光进行滤波，滤波波长范 围根据探测目标的不同而调整， 一般为中心滤波波长土 10nm。其中所述的前置放大器采用低噪声高灵敏度JFET场效应管及其附属电路搭建而成，或采 用低噪声高灵敏高输入阻抗的运算放大器及其附属电路搭建而成， 一方面能将红外探头输出 的pA级微弱电流信号放大为mV级电压信号输出，另一方面实现阻抗匹配，将红外探头的TQ 级的阻抗转化为KQ级阻抗。其中所述的低通滤波器，其截止频率是可调的，具体大小根据采用不同驱动方式的谐振 斩波调制器的谐振频率而调整，其截止频率居于1Hz 1000Hz之间。与现有红外探测器技术相比较，本发明具有如下积极有益的效果-(1) 本发明由于是利用钽酸锂薄膜的热释电特性以及它可以在室温条件下工作、无需制 冷的原理而制作的一种热释电红外探测器。与传统的低温制冷的光子型红外探测器比，这是 一种不需要真空杜瓦瓶和制冷器的非制冷红外探测器，解决了光子型红外探测器制造成本高、 设备结构复杂，探测器可靠性差的问题。(2) 本发明提出了一种新型谐振斩波调制器，对红外辐射进行斩波调制，通过电磁耦合 或压电耦合注入能量，维持谐振片在固定的低频频率上发生机械谐振，实现对入射辐射红外 光进行调制，解决了传统的电机驱动的余属盘斩波调制器体积过大，对低频斩波调制控制精 度差的问题。(3) 与传统红外探测器技术相比，本发明利用钽酸锂薄膜优良的热释电特性，配合低噪 声高灵敏放大滤波电路，可以测量微弱的、缓变的、或静态的红外辐射。同时用谐振斩波调 制器取代传统的电机驱动的金属盘机械斩波调制器，大大减小调制器的体积，增强了低频斩波的控制精度。(4)本发明由在于采用了双元结构的热释电钽酸锂薄膜红外探测器，分别测量红外辐射 信号和环境温度波动、冲击振动引起的干扰信号，并使两个探测单元信号直接相减，减小或 消除了环境温度波动、冲击振动对探测器的影响。


图1是钽酸锂薄膜红外探测器总体结构示意2是钽酸锂薄膜红外探测头示意3是钽酸锂薄膜红外探测头制备工艺流程图
具体实施例方式参考图1，本发明为一种谐振斩波调制的非制冷热释电钽酸锂薄膜红外探测器。该探测 器结构包括红外滤波窗口 1、斩波调制器(斩波器基座2、激励装置3 (电磁耦合或压电驱动装置)、谐振片及激励头4 (激励头为永磁铁块或钽酸锂晶体压电片))、涂防反射膜的聚焦 透镜5、热沉6、热释电钽酸锂薄膜红外探测头7、前置放大器8、低通滤波器9、探测器电 源及信号输出接口 10、探测器壳体11和环境温度探测补偿器12。红外探测器与外界接触的 第一个主要器件是红外滤波窗口 1，入射辐射的红外光通过红外滤波窗口 1滤除背景光波和 其它非探测波段光波成分，消除它们对探测器的干扰。起斩波作用的谐振片4被固定在斩波 器基座2上，通过激励装置3向贴于谐振片4上的激励头注入能量，维持谐振片4在某固定 低频频率上做机械谐振，将入射的红外光斩波调制成低频交流信号。位于斩波调制器后的聚 焦透镜5上涂有防反射膜，使经过斩波调制后的红外光波只能被聚焦到热释电钽酸锂薄膜红 外探测头7上，而不能反射回去造成热损失。红外探测头7位于内部抽成真空的热沉6中， 可避免探测器内其它器件热辐射对红外探测头7的影响。红外探测头7利用钽酸锂薄膜的热 释电效应将吸收的入射辐射红外光能量转换为热电响应信号。前置放大器8具有低噪声高灵 敏的特点，它直接连接在红外探测头7的输出端，能实现阻抗转换功能，并将红外探测头7 输出的微弱的pA级热电响应信号放大转换为mV级电压信号。低通滤波器9连接在前置放大 器8输出端上，对mV级电压信号进行低通滤波，滤出谐振斩波调制频带之外的高频信号。电 信号输出接口 10连接在低通滤波器9的输出端上，向外界送出探测得到的红外信号；同时接 口10也是探测电源接口，给探测器内相关器件供电。环境温度探测器12贴于探测器壳体11的内壁上，通过探测壳体温度获得环境温度，对环境温度变化对探测的影响进行补偿。参考图2，红外探测头由两个完全相同的红外敏感单元构成， 一个用于探测调制的入射 红外辐射，同时受环境振动和环境温度波动的影响，另一个只用于测试环境振动、环境温度 波动引起的输出。探测头的每一个探测单元都由多层膜系构成，包括红外吸收黑层1、铝薄 膜上电极层2、热释电钽酸锂薄膜层3、 Pt/Ti薄膜下电极层4、绝热层5、支撑层6和硅基 底层7。红外吸收黑层1吸收聚焦在其上的入射辐射红外光热能，使探测单元上、下表面产 生温度差从而形成热流。由于探测头厚度(纵向)非常薄，远远小于横向尺寸，所以探测单 元输出信号主要受纵向热流控制。调制的纵向热流越过有良好导热特性的铝薄膜上电极层2， 使热释电钽酸锂薄膜3内产生温度变化，由于热释电效应而在钽酸锂薄膜3上、下表面产生 极性相反的热电响应电荷，累积在铝薄膜上电极层2和铂薄膜下电极层4上，通过上下电极 层的焊接区焊接引出导线，外接前置放大器电路，可产生热电响应电流信号。绝热层5的作 用是阻止大部分热流流向具有热沉作用的硅基底层7。支撑层6的作用是支撑其上的各功能 膜层，因为在器件制作中，为了彻底阻止热流向硅基底层7散失，将热释电钽酸锂薄膜3正 下方的硅基底层7从背部全部腐蚀掉形成空腔，所以支撑层是必需的。参考图3,钽酸锂薄膜红外探测头制备工艺流程图首先在3英寸Si(100)基片上制备 Pt/Ti薄膜下电极层，先将3英寸Si基片洗净烘干，并在其正反两面都采用600 150(TC的湿 氧氧化法生长0. 5~5 u m厚的Si02膜层作为Si基片背面腐蚀空腔后的支撑层；再在500-900 °C条件下，在超高真空的低压化学气相沉积(LPCVD)设备中在基片正面的Si02膜层上沉积 一层O. 1 5ym厚的Si:凡薄膜，同时起支撑作用和绝热层作用；然后在Si.扎薄膜层上溅射沉 积一层约10~100nm厚的Ti隔离缓冲层，最后Ti层上溅射沉积20~200nm厚的Pt膜层，并光 刻形成所需形状的双元结构的Pt底电极；然后按图3所示工艺流程在铂金底电极衬底上制备 0.5~5pm厚的钽酸锂薄膜层作为热释电响应层；而后在钽酸锂薄膜层上用真空设备蒸发沉积 0.1~5 u m厚的Al膜层，并光刻形成所需形状的上电极层；然后在PECVD设备中生长10~100nm 厚SiNx膜并光刻形成抗反射层；最后在其上溅射沉积20~200rwi厚的超薄黑层作红外吸收黑 层(可以是金黑层、银黑层、铝黑层或镍铬合金(20%镍80%铬)黑层)；然后首先用BOE腐 蚀液把基片背面的钽酸锂薄膜层正下方的Si02层腐蚀掉，最后用KOH腐蚀液把基片背面的钽 酸锂薄膜层正下方的单晶Si基底层腐蚀掉；完成钽酸锂薄膜红外探测头的制作。
权利要求
1、一种钽酸锂薄膜红外探测器及制法，包括一红外滤波窗口，对入射辐射红外光进行滤波，消除背景可见光和其它非探测波段光对探测器的干扰；一谐振斩波调制器，该谐振斩波调制器可以安装在探测器壳体内，也可以安装在探测器壳体外，都对通过红外滤波窗口的入射红外光进行斩波调制；一聚焦透镜，置于红外滤波窗口的正后方，使经过红外窗口滤波的入射辐射红外光全部聚焦到热释电钽酸锂薄膜红外探测头上；一热释电钽酸锂薄膜红外探测头，由多层膜系构成，包括以下几部分(1)红外吸收黑层，吸收入射辐射红外光并转化成热能；(2)上电极层，位于红外吸收黑层正下方，和热释电钽酸锂薄膜层上表面上方，可焊接导线，引出热释电响应信号；(3)热释电钽酸锂薄膜层，位于上电极层的下面和下电极层的上面，为热释电红外敏感层，将黑层吸收的热能通过钽酸锂薄膜的热释电效应转换为热电响应信号；(4)下电极层，蒸发沉积钽酸锂薄膜层下表面，可焊接导线，引出热释电响应信号；(5)绝热层，蒸发沉积在下电极的下表面上，阻止热流向硅基底层传播；(6)支撑层，蒸发沉积在绝热层的下表面上，对上述各层起支撑作用；(7)背面腐空的硅基底层，位于支撑层下方，用腐蚀液对热释电钽酸锂薄膜层正下方的硅基底层背面腐蚀出一个空腔，阻止热流散失；一热沉腔体，为热释电钽酸锂薄膜红外探测头安装容器，并将其内部抽成真空，可避免探测器壳体内其它元器件热辐射对红外探测头的影响；一前置放大器，与热释电钽酸锂薄膜红外探测头输出端连接，对探测头输出的电信号放大并转换为电压信号，并实现阻抗匹配；一低通滤波器，对前置放大器输出的信号进行低通滤波处理，用以滤除斩波调制频带以外的高频成份；一电源及信号输出接口，该接口一部分与低通滤波器输出端连接，为探测器信号输出标准接口；该接口另一部分为电源接口，为探测器内元器件提供电源；一壳体，将上述所有器件密封在一个壳体内，然后压接封装；一环境温度探测补偿器，通过紧贴于探测器壳体内壁的温度传感器测试外界环境温度，经过计算补偿环境温度变化对探测器的影响；
2、 根据权利要求1所述钽酸锂薄膜红外探测器及制法，其特征是所述热释电钽酸锂薄 膜红外探测头的红外吸收黑层，可以是金黑层、或银黑层、或铝黑层、.或镍铬合金(20%镍 80%铬)黑层；红外吸收黑层厚度为2Q 200咖；将纯度99. 99%或以上的金粉(或银粉、或铝粉、或镍铬合金(20%镍80%铬)粉)置于真空设备中加热蒸发沉积在热释电钽酸锂薄膜红外 探测头的上电极层上面，对聚焦在其上的入射辐射红外光进行吸收并转化成热能，使热释电 钽酸锂薄膜层上、下表面产生温度差。
3、 根据权利要求l所述钜酸锂薄膜红外探测器及制法，其特征是所述热释电钽酸锂薄 膜层，可以是钜酸锂LiTa03薄膜层，也可以是钽酸锂LiTa:A薄膜层，其厚度在0. 5~5pm之间， 是热释电红外敏感层，将黑层吸收的热能通过钽酸锂薄膜的热释电性转换热电响应信号。
4、 根据权利要求1所述钜酸锂薄膜红外探测器及制法，其特征是所述热释电钽酸锂薄 膜红外探测头的绝热层，是指Si:K薄膜层，其厚度在O. 1 5um之间，同时具有绝热和支撑 作用。所述热释电钽酸锂薄膜红外探测头的支撑层，是指Si02膜层，其厚度在0.5 5um之 间，对位于其上的所有器件起支撑作用。
5、 根据权利要求l所述钽酸锂薄膜红外探测器及制法，其特征是所述热释电钽酸锂薄 膜红外探测头的背面腐空的硅基底层，是指在3英寸450um厚的单品Si (100)基底，在完 成其上的所有膜层制备后，用特弗珑材料保护其上所有膜层，用KOH从硅基底背面把钽酸锂 薄膜正下方直到Si02膜层的所有Si层全部腐蚀成空腔，即腐蚀深度要达到450 p i硅基底 层背面腐蚀出一个空腔后，可以阻止热流经硅基底层传播而散失，大大降低器件热损耗；
6、 根据权利要求1所述钜酸锂薄膜红外探测器及制法，其特征是所述谐振斩波调制器有两种驱动方式 一种是压电驱动方式，另一种是电磁耦合驱动方式。压电驱动方式是指用电信号驱动贴在谐振片上的压电片，引起谐振片在某固定的低频频率上谐振，实现对入射辐射红外光斩波调制；电磁耦合驱动方式是指用电磁激励装置驱动贴在谐振片上的磁铁块，引 起谐振片在某固定的低频频率上谐振，实现对入射辐射红外光斩波调制。
7、 根据权利要求1所述钽酸锂薄膜红外探测器及制法，其特征是所述非制冷热释电钽酸锂薄膜红外探测头，为双元结构，两个探测单元完全相同，用同一工艺同时制备得到，一个用于探测调制的入射红外辐射，同时受环境振动和环境温度波动的影响；另一个只用于测 试环境振动、环境温度波动引起的输出；探测头输出的热电响应信号是两个探测单元的差值； 从结构上减弱或消除了环境振动和温度波动因素对红外探测的影响。
8、 根据权利要求1所述钜酸锂薄膜红外探测器及制法，其特征是包括如下歩骤(1) 选取3英寸Si (100)晶向基底，在600 1500。C其正反两面都采用湿氧化法生长 0. 5~5 p m厚的SiO.J莫层作为Si基片背面腐蚀空腔后的支撑层；(2) 在500~900°C条件下，在超高真空的低压化学气相沉积(LPCVD)设备中在基片 正面的Si02膜层上沉积一层0. 1 5um厚的Si:凡薄膜，同时起支撑作用和绝热层作用；(3) 在Si..JV薄膜层上溅射沉积一层约10 100nm厚的Ti隔离缓冲层，最后Ti层上溅射沉积20~200nm厚的Pt膜层，并光刻形成所需形状的双元结构的Pt底电极层；(4) 用溶胶-凝胶法在底电极层上制备0.5 5pm厚的钽酸锂薄膜热电响应层；而后在 钽酸锂薄膜层上蒸发沉积0. 1 5 u m厚的Al膜层，并光刻形成所需形状的上电极层；(5) 在PECVD设备中生长10 100nm厚SiNj莫并光刻形成抗反射层；(6) 在反射层上溅射沉积20~200nm厚的超薄黑层作红外吸收黑层，完成双元结构的 钽酸锂薄膜红外探器红外探头的制作；(7) 在聚焦透镜表面上涂上防反射膜，可以阻止入射红外光的反射，使入射红外光全 部聚焦到热释电钽酸锂薄膜红外探测头上；(8) 红外窗口上贴有窄带红外滤波膜对入射辐射红外光进行滤波，滤波波带宽度根据 应用需要确定， 一般为中心滤波波长土 lOnm;(9) 前置放大器采用低噪声高灵敏度JFET场效应管及其附属电路搭建而成，或采用 低噪声高灵敏高输入阻抗的运算放大器及其附属电路搭建而成， 一方面能将红外探头输出的 pA级微弱电流信号放大为inV级电压信号输出，另一方面实现阻抗匹配，将红外探头的TQ级 的阻抗转化为KQ级阻抗(10) —方面能将红外探头输出的pA级微弱电流信号放大为tnV级电压信号输出， 另一方面实现阻抗匹配，将红外探头的TQ级的阻抗转化为KQ级阻抗；(11) 低通滤波器是有源滤波电路，由高精度低噪声运算放大器搭建而成，其截止 频率根据应用需要确定，对于高温探测其截止频率居于1Hz 1000Hz之间，具体数值由应用试 验确定；(12) 环境温度探测补偿器采用数字化硅温度探测头及其附属电路搭建成，可探测 温度范围介于-4(T075'C之间，探测精度在O. rC 0.5'C，具体数值由应用试验确定；(13) 谐振斩波调制器，在基座上制作一个谐振膜片，谐振膜片材料对红外光吸收 少，在谐振膜片上贴一个钽酸锂晶体压电片，加电使其压电谐振，谐振频率调整在1Hz 1000Hz 之间；或者在谐振膜片上固定一个永磁铁块，通过电磁耦合使其谐振，谐振频率调整在 1Hz 1000Hz之间。该谐振斩波调制器可以安装在探测器壳体内，也可以安装在探测器壳体外， 具体位置由应用试验确定；(14) 探测器电源及信号输出接口，采用标准航空插头，该插头两根插针作为电源 接口，其他插针作为信号接口；
9、根据权利要求l所述钽酸锂薄膜红外探测器及制法，其特征是所述红外滤波窗口， 贴有窄带红外滤波膜对入射辐射红外光进行滤波，滤波波长范围根据探测目标的不同而调整， 一般为中心滤波波长土10nm。所述的低通滤波器，其截止频率是可调的，具体大小根据采用不同驱动方式的谐振斩波调制器的谐振频率而调整，其截止频率居于1Hz 1000Hz之间。
10、根据权利要求1所述钽酸锂薄膜红外探测器及制法，其特征是所述的前置放大器 采用低噪声高灵敏度JFET场效应管及其附属电路搭建而成，或采用低噪声高灵敏高输入阻抗 的运算放大器及其附属电路搭建而成， 一方面能将红外探头输出的pA级微弱电流信号放大为 mV级电压信号输出，另一方面实现阻抗匹配，将红外探头的TQ级的阻抗转化为KQ级阻抗；
全文摘要
本发明涉及钽酸锂薄膜红外探测器及制法。本发明包括一红外滤波窗口，一谐振斩波调制器，一聚焦透镜，一热释电钽酸锂薄膜红外探测头，一热沉腔体，一前置放大器，一低通滤波器，一电源及信号输出接口，一壳体，一环境温度探测补偿器。探测器制法，包括选基底，在其正反面生长SiO₂层，依次在正面沉积Si₃N₄层，溅射Ti层，溅射光刻Pt电极层，制备钽酸锂薄膜层，沉积光刻Al电极层，生长光刻SiN_X抗反射层，溅射黑层，完成制作双元结构红外探头。聚焦透镜上涂防反射膜。红外窗口贴窄带滤波膜。前置放大器用JFET管或运放搭建。低通滤波器由运放搭建。谐振斩波调制器用压电驱动，或电磁驱动，谐振频率为1Hz～1000Hz。
文档编号G01J5/62GK101246055SQ20081004496
公开日2008年8月20日 申请日期2008年3月13日 优先权日2008年3月13日
发明者张德银, 坤 李, 李金华, 政 董, 黄大贵 申请人:电子科技大学