專利名稱：熱釋電紅外敏感元及熱釋電紅外探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種紅外探測(cè)器，具體的說(shuō)，涉及了一種熱釋電紅外敏感元及熱釋電紅外探測(cè)器。
背景技術(shù)：
早期的光子型紅外探測(cè)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(shí)現(xiàn)，因此，光子型的紅外探測(cè)器必須附加制冷裝置等相關(guān)設(shè)備，這不僅使探測(cè)器的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，也會(huì)大大增加制造的成本。非制冷熱釋電紅外探測(cè)器可以在室溫條件下工作，克服了光子型紅外探測(cè)器必須在低溫條件下才能工作的致命缺點(diǎn)，大大降低了儀器組件的復(fù)雜性，同時(shí)也提高了探測(cè)器的可靠性和性價(jià)比。對(duì)熱釋電紅外探測(cè)器來(lái)說(shuō)，其的電流響應(yīng)率、電壓響應(yīng)率和探測(cè)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(huì)使敏感元的厚度增加，造成熱容增大，從而導(dǎo)致了響應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)和靈敏度的降低， 特別是當(dāng)用于要求均勻程度高和探測(cè)率高的NWR探測(cè)器時(shí)，厚膜結(jié)構(gòu)的探測(cè)器將進(jìn)一步受到限制。目前的紅外探測(cè)器存在的問(wèn)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(dòng)對(duì)其的影響。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，從而提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)時(shí)間短、靈敏度高和抗干擾能力強(qiáng)的熱釋電紅外敏感元，還提供了一種熱釋電紅外探測(cè)器。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(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(yīng)信號(hào)；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(dòng)和環(huán)境溫度波動(dòng)通過(guò)所述鉭酸鋰薄膜的熱釋電效應(yīng)轉(zhuǎn)換為熱釋電響應(yīng)信號(hào)；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(yīng)信號(hào)?；谏鲜?，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。一種熱釋電紅外探測(cè)器，所述的熱釋電紅外敏感元、熱釋電補(bǔ)償敏感元、前置放大器場(chǎng)效應(yīng)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(gè)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(gè)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(bǔ)償敏感元的上電極分別連接所述前置放大器場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，所述熱釋電紅外敏感元和所述熱釋電補(bǔ)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(chǎng)效應(yīng)管和所述阻抗匹配電阻設(shè)置在所述電路板上，三個(gè)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(chǎng)效應(yīng)管的漏極和源極，所述熱釋電紅外敏感元和所述熱釋電補(bǔ)償敏感元采用SMT自動(dòng)貼片工藝分別設(shè)置在兩個(gè)所述支撐體上?；谏鲜觯鲋误w是鐵氧體。本實(shí)用新型相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步，具體的說(shuō)，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(shí)也作為吸收層，解決了原有技術(shù)中因?yàn)槊舾性穸仍黾佣a(chǎn)生的響應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)和靈敏度降低的問(wèn)題；所述熱釋電紅外敏感元和所述熱釋電補(bǔ)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(dòng)和溫度波動(dòng)等環(huán)境干擾對(duì)所述熱釋電紅外探測(cè)器的影響；濾光窗能夠?yàn)V除背景可見光和其他非探測(cè)波段光對(duì)所述熱釋電紅外探測(cè)器的干擾，更進(jìn)一步加強(qiáng)了熱釋電紅外探測(cè)器的抗干擾能力；由于鉭酸鋰薄膜很薄，采用SMT自動(dòng)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(cè)器的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是所述熱釋電紅外探測(cè)器的端部結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是所述熱釋電紅外探測(cè)器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)具體實(shí)施方式
，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)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(yīng)信號(hào)；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(dòng)和環(huán)境溫度波動(dòng)通過(guò)所述鉭酸鋰薄膜的熱釋電效應(yīng)轉(zhuǎn)換為熱釋電響應(yīng)信號(hào)，其厚度是5 15微米；所述下電極13以導(dǎo)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(yīng)信號(hào)。在敏感元制備過(guò)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(duì)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(dǎo)電性能，優(yōu)選銀為電極材料；上電極12除了要求有良好導(dǎo)電性能外，還需考慮對(duì)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(shí)，把鉭酸鋰材料經(jīng)過(guò)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(jī)械拋光的方法得到一定厚度的鉭酸鋰晶片，通過(guò)劃片機(jī)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(jī)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(cè)器，它包括前述的熱釋電紅外敏感元1、熱釋電補(bǔ)償敏感元2、前置放大器場(chǎng)效應(yīng)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(gè)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(gè)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(bǔ)償敏感元2的上電極分別連接所述前置放大器場(chǎng)效應(yīng)管3的柵極31，所述熱釋電紅外敏感元1和所述熱釋電補(bǔ)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(chǎng)效應(yīng)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(gè)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(chǎng)效應(yīng)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(bǔ)償敏感元2采用SMT自動(dòng)貼片工藝分別設(shè)置在兩個(gè)所述支撐體10上；所述支撐體10為鐵氧體。紅外輻射經(jīng)過(guò)所述紅外濾光窗6的過(guò)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(guò)所述鉭酸鋰薄膜11的熱釋電效應(yīng)轉(zhuǎn)換為熱釋電響應(yīng)信號(hào)，而所述熱釋電補(bǔ)償敏感元?jiǎng)t將環(huán)境振動(dòng)和環(huán)境溫度波動(dòng)通過(guò)它自身的鉭酸鋰薄膜的熱釋電效應(yīng)轉(zhuǎn)換為熱釋電響應(yīng)信號(hào)，通過(guò)雙元反向并聯(lián)結(jié)構(gòu)的設(shè)置，兩個(gè)響應(yīng)信號(hào)的差值為輸出的熱電響應(yīng)信號(hào)，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(shí)要配置高輸入阻抗低噪聲的前置放大器場(chǎng)效應(yīng)管3。對(duì)器件進(jìn)行封裝時(shí)，封裝的好壞會(huì)影響器件的可靠性和穩(wěn)定性，故對(duì)熱釋電紅外探測(cè)器抽真空，并充滿氮?dú)?，然后采用?chǔ)能焊接的封裝方法把制備好的熱釋電紅外探測(cè)器半成品封裝在帶有紅外濾光窗口的管殼內(nèi)。本實(shí)用新型可通過(guò)綁定機(jī)引線來(lái)實(shí)現(xiàn)熱電響應(yīng)信號(hào)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(shí)也可以提高熱釋電紅外探測(cè)器的探測(cè)性能。最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對(duì)其限制；盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者對(duì)部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)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(yīng)信號(hào)；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(dòng)和環(huán)境溫度波動(dòng)通過(guò)所述鉭酸鋰薄膜的熱釋電效應(yīng)轉(zhuǎn)換為熱釋電響應(yīng)信號(hào)；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(yīng)信號(hào)。
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(cè)器，其特征在于它包括權(quán)利要求1一2任一項(xiàng)所述的熱釋電紅外敏感元、熱釋電補(bǔ)償敏感元、前置放大器場(chǎng)效應(yīng)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(gè)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(gè)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(bǔ)償敏感元的上電極分別連接所述前置放大器場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，所述熱釋電紅外敏感元和所述熱釋電補(bǔ)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(chǎng)效應(yīng)管和所述阻抗匹配電阻設(shè)置在所述電路板上，三個(gè)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(chǎng)效應(yīng)管的漏極和源極，所述熱釋電紅外敏感元和所述熱釋電補(bǔ)償敏感元采用SMT自動(dòng)貼片工藝分別設(shè)置在兩個(gè)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(cè)器，其特征在于所述支撐體是鐵氧體。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種熱釋電紅外敏感元及熱釋電紅外探測(cè)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(shí)也作為吸收層，解決了原有技術(shù)中因?yàn)槊舾性穸仍黾佣a(chǎn)生的響應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)和靈敏度降低的問(wèn)題；所述熱釋電紅外探測(cè)器包括所述熱釋電紅外敏感元、熱釋電補(bǔ)償敏感元、前置放大器場(chǎng)效應(yīng)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(gè)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(gè)安裝在所述電路板上的支撐體。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)時(shí)間短、靈敏度高和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01J5/34GK202255636SQ20112030794
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)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(qǐng)人:鄭州煒盛電子科技有限公司