专利名称：一种空气绝热薄膜红外传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种红外传感器，尤其涉及一种空气绝热薄膜红外传感器，属于传感 器领域。
背景技术：
热释电红外传感器是一种常用的红外探测器件，广泛应用于非接触开关及防盗报 警等控制装置中，在自动控制，电器节能，安防等领域具有广阔的应用前景。在安防领域，为 抑制冷热气流或者环境温度对传感器的干扰，提高传感器的环境适应性，减少误报，通常采 用双灵敏元乃至四灵敏元设计。所谓双灵敏元设计，是指这种传感器包含两个对偶的单元 红外探测器，分别具有正负敏感度。当冷热气流干扰或者环境温度变化时，这两个对偶单元 传感器温度一同变化，输出信号正负抵消，无报警脉冲信号输出，而当目标物体如人体移动 时，正负信号有一定时差因此无法抵消，报警脉冲信号输出。所谓四元红外探测器，是指内 装有四个对偶的红外传感器，探测器被设计成仅当每个单元探测器探测到信号时才触发报 警，可靠性更高。目前，市场上多元热释电红外传感器多数采用陶瓷体材料制作，陶瓷体材料通常 需要经过机械切割，研磨减薄至几十微米厚再在上下表面制作金属电极，工序繁琐，成本较 高。陶瓷体材料厚达几十微米，器件热容较大，响应速率提高受到限制。

发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种绝热性能更佳，可靠性和灵敏度更高的空 气绝热薄膜红外传感器。本发明解决上述技术问题的技术方案如下一种空气绝热薄膜红外传感器，包括 衬底和一个以上的传感光敏区，所述衬底上设有一个以上的热绝缘空腔，所述传感光敏区 悬浮设于热绝缘空腔上方。本发明的有益效果是本发明通过在衬底上形成空腔，传感器光敏区悬浮于空腔 上方，从而光敏区与衬底不是直接接触，以空腔里的空气作为绝缘层，使传感器与衬底间的 热损失小，传感器的灵敏度及可靠性高，非常适用于高灵敏度的探测领域。在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。进一步，所述衬底上层设有支撑层。进一步，所述衬底上层设有支撑层，所述支撑层上设有用于固定传感光敏区的桥 腿。采用上述进一步方案的有益效果是，采用桥腿支撑，可使传感光敏区稳定固定，并 且可以最大限度的减少传感光敏区与支撑层之间的接触，提高了传感器的可靠性。进一步，所述传感光敏区包括依次层压形成一体的下层电极、热释电薄膜、上层电 极、钝化层和红外吸收层。进一步，所述传感光敏区通过桥腿的支持悬浮于所述衬底的热绝缘空腔上方。
采用上述进一步方案的有益效果是，采用空腔的方式，空腔内充满空气，可有效分 离支撑层和传感光敏区，使传感器的准确性更高。进一步，所述热绝缘空腔的深度为100微米至500微米。进一步，所述衬底上设有两个热绝缘空腔，对应其上悬浮两个传感光敏区，或者所 述衬底上设有四个热绝缘空腔，对应其上悬浮四个传感光敏区。采用上述进一步方案的有益效果是，采用双元结构，改善了传感器对冷热气流和 环境温度的适应能力。


图1是本发明实施例一所述的传感器结构示意图；图2是本发明实施例一所述的传感器剖示结构示意图；图3是本发明实施例二所述的传感器结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并 非用于限定本发明的范围。如图1和图2所示，本发明的实施例一所述双元结构的空气绝热薄膜式红外传感 器，其主要由以下几个部分构成衬底1，支撑层2，上下电极层5和3，热释电薄膜4，钝化层 6，红外吸收层7，热绝缘空腔8构成。支撑层2，上下电极层5、3，热释电薄膜4，钝化层6和 红外吸收层7构成的传感器光敏区10通过桥腿9支撑悬浮在硅衬底刻蚀形成的空腔8之 上，空腔8内为空气，主要用于降低传感器光敏区10和衬底1之间的热导，提高传感器的红 外探测性能。本发明实施例所述的空气绝热薄膜式双元热释电红外传感器，该红外传感器利用 热释电薄膜为0. 1微米-5微米，感测目标物体入射的红外辐射。与陶瓷体材料或者其他薄 膜式热释电红外传感器不同的是，在本实施例的传感器光敏区悬浮支撑在硅衬底刻蚀形成 的空腔8之上，空腔8深100微米-500微米，空腔8内的空气层作为器件光敏区与衬底间 的绝热层，本发明实施例的器件被设计成为双元结构以改善传感器对冷热气流和环境温度 的适应能力。图1和图2中，传感器包括2个串联的正负敏感的单元热释电探测器，当有冷热气 流或者环境温度变化时，这两个单元探测器响应信号大小相同但符号相反，互相抵消，传感 器无报警信号输出。当有人体或者其他较大人体时，这两个传感器不同时响应，信号无法互 联抵消，因此输出报警信号。图2中包括两个双元热释电红外传感器，在电路设计中，只有 这两个传感器都有信号输出时，电路才输出报警信号，进一步减小了系统误报。本发明的薄膜式多元热释电红外传感器各膜层的作用为红外吸收层7用于提高 传感器对目标入射的红外辐射的吸收效率，多采用黑金薄膜；当传感器吸收目标辐射的红 外辐射后自身温度升高，热释电薄膜层4感受到传感器温度变化，释放出电信号；为将电信 号引出，在热释电薄膜层4的上下面都制备了电极膜层5和3 ；传感器光敏区10是通过狭 长桥腿9悬浮在衬底1刻蚀形成的空腔8之上，为提高器件机械强度，在金属电极之下增加 了氮化硅支撑层2 ；钝化层6主要是为了防止热释电材料在封装气氛影响下性能退化；为降
4低传感器光敏区10与衬底1间的热导，传感器敏感区10利用狭长桥腿9悬浮支撑在衬底 1刻蚀形成的空腔8之上，从而，传感器敏感区10下部就不与衬底1直接接触，有效降低传 感器与衬底间的热导。该空腔由特殊晶向湿法或者等离子体干法刻蚀形成，高度可达数百 微米，热绝缘效果极佳。如图3所示，本发明的实施例二，本实施例仅详细说明与第一实施例的不同部分， 相同部分不再赘述。空气绝热薄膜式四元结构的红外传感器，该四元传感器包括两个双元结构，在电 路设计中，只有这两个传感器都有信号输出时，电路才输出报警信号，进一步减小了系统误 报，采用合适的驱动电路，该结构的误探测率更低，可以应用于低误报警应用。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种空气绝热薄膜红外传感器，包括衬底和一个以上的传感光敏区，其特征在于，所述衬底上设有一个以上的热绝缘空腔，所述传感光敏区悬浮设于热绝缘空腔上方。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述衬底上层设有支撑层，所述支撑层 上设有用于固定传感光敏区的桥腿。
3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感光敏区包括依次层压形成一 体的下层电极、热释电薄膜、上层电极、钝化层和红外吸收层。
4.根据权利要求1至3任一项所述的传感器，其特征在于，所述传感光敏区通过桥腿的 支持悬浮于所述衬底的热绝缘空腔上方。
5.根据权利要求1或4所述的传感器，其特征在于，所述热绝缘空腔的深度为100微米 至500微米。
6.根据权利要求1至5任一项所述的传感器，其特征在于，所述衬底上设有两个热绝缘 空腔，对应其上悬浮两个传感光敏区。
7.根据权利要求1至5任一项所述的传感器，其特征在于，所述衬底上设有四个热绝缘 空腔，对应其上悬浮四个传感光敏区。
全文摘要
本发明涉及一种空气绝热薄膜红外传感器，包括衬底和一个以上的传感光敏区，所述衬底上设有一个以上的热绝缘空腔，所述传感光敏区悬浮设于热绝缘空腔上方。本发明的有益效果是本发明通过在衬底上形成空腔，传感器光敏区悬浮于空腔上方，从而光敏区与衬底不是直接接触，以空腔里的空气作为绝缘层，使传感器与衬底间的热损失小，传感器的灵敏度及可靠性高，非常适用于高灵敏度的探测领域。
文档编号G01J5/12GK101975613SQ20101050596
公开日2011年2月16日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者王宏臣 申请人:烟台睿创微纳技术有限公司