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    关 键 词:
    红外探测器
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    摘要
    申请专利号:

    CN201410044815.X

    申请日:

    2014.02.07

    公开号:

    CN103968957A

    公开日:

    2014.08.06

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G01J 5/20申请日:20140207|||公开
    IPC分类号: G01J5/20 主分类号: G01J5/20
    申请人: 三星电子株式会社
    发明人: 南圣炫; 朴海锡
    地址: 韩国京畿道
    优先权: 2013.02.01 KR 10-2013-0011979
    专利代理机构: 北京市柳沈律师事务所 11105 代理人: 王新华
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201410044815.X

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2016.03.02|||2014.08.06

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明提供了红外探测器。红外探测器可以包括:基板;谐振单元,与基板间隔开,谐振单元配置为通过在入射红外光的多个波长处引起谐振而产生热;热敏电阻层,配置为支撑谐振单元并与谐振单元间隔开,热敏电阻层具有根据谐振单元中产生的热而改变的电阻值;以及连接单元,配置为支撑热敏电阻层使得热敏电阻层与基板间隔开并将热敏电阻层电连接到基板。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种红外探测器,包括:
    基板;
    谐振单元,与所述基板间隔开,所述谐振单元配置为通过在入射红外光的多个波长处引起谐振而产生热;
    热敏电阻层,配置为支撑所述谐振单元并与所述谐振单元间隔开,所述热敏电阻层具有根据所述谐振单元中产生的热而改变的电阻值;以及
    连接单元,配置为,
    支撑所述热敏电阻层,使得所述热敏电阻层与所述基板间隔开,以及
    将所述热敏电阻层电连接到所述基板。

    2.  根据权利要求1所述的红外探测器,其中所述谐振单元包括:
    第一谐振器,配置为吸收第一波带的红外光;以及
    第二谐振器,配置为吸收第二波带的红外光,所述第二波带包含处于所述第一波带之外的至少一个波长。

    3.  根据权利要求2所述的红外探测器,其中所述第一谐振器和所述第二谐振器中的至少一个包括:
    第一子谐振器,配置为吸收第一偏振光;以及
    第二子谐振器,配置为吸收第二偏振光,所述第二偏振光垂直于所述第一偏振光。

    4.  根据权利要求3所述的红外探测器,其中所述第一子谐振器和所述第二子谐振器中的至少一个具有杆形。

    5.  根据权利要求3所述的红外探测器,其中所述第一子谐振器和所述第二子谐振器彼此间隔开或者共用一区域。

    6.  根据权利要求3所述的红外探测器,其中所述第一谐振器的所述第一子谐振器和所述第二谐振器的所述第二子谐振器共用一区域。

    7.  根据权利要求2所述的红外探测器,其中所述第一谐振器和所述第二谐振器彼此间隔开或者共用一区域。

    8.  根据权利要求2所述的红外探测器,其中所述第一波带和所述第二波带彼此部分重叠或者彼此完全不同。

    9.  根据权利要求1所述的红外探测器,其中所述连接单元包括:
    支撑件,从所述基板突出,所述支撑件配置为使所述热敏电阻层与所述基板间隔开;以及
    热引线,配置为将所述热敏电阻层连接到所述支撑件。

    10.  根据权利要求9所述的红外探测器,其中所述热引线形成弯折图案。

    11.  根据权利要求9所述的红外探测器,还包括:
    金属垫,设置在所述支撑件与所述基板之间,所述金属垫配置为将所述支撑件电连接到所述基板。

    12.  根据权利要求1所述的红外探测器,还包括:
    反射层,设置在所述基板与所述热敏电阻层之间,所述反射层配置为反射入射的红外光。

    13.  根据权利要求12所述的红外探测器,其中所述反射层配置为接触所述基板或所述热敏电阻层。

    14.  根据权利要求12所述的红外探测器,其中所述反射层由金属材料形成,形成所述反射层的所述金属材料配置为吸收比所述谐振器的材料少的热。

    15.  根据权利要求1所述的红外探测器,还包括:
    热隔离层,设置在所述基板与所述热敏电阻层之间,所述热隔离层配置为阻挡热从所述热敏电阻层传递到所述基板。

    16.  一种红外探测器,包括:
    基板;
    多个谐振单元,与所述基板间隔开,所述多个谐振单元配置为,
    通过在多个谐振波长处引起谐振而产生热,以及
    吸收红外光;
    多个热敏电阻层,配置为支撑所述谐振单元,所述多个热敏电阻层具有随着所述谐振单元中的温度变化而改变的电阻值;以及
    连接单元,配置为,
    支撑所述热敏电阻层,使得所述热敏电阻层与所述基板间隔开,以及
    将所述热敏电阻层电连接到所述基板。

    17.  根据权利要求16所述的红外探测器,其中所述连接单元包括:
    多个支撑件,从所述基板突出,所述支撑件配置为使所述热敏电阻层与所述基板间隔开;以及
    多个热引线,配置为将所述热敏电阻层连接到所述支撑件。

    18.  根据权利要求17所述的红外探测器,其中所述热引线彼此串联连接。

    19.  根据权利要求16所述的红外探测器,其中每个所述谐振单元包括:
    第一谐振器,配置为吸收第一波带的红外光;以及
    第二谐振器,配置为吸收第二波带的红外光,所述第二波带包含在所述第一波带之外的至少一个波长。

    20.  根据权利要求19所述的红外探测器,其中所述第一谐振器和所述第二谐振器中的至少一个包括:
    第一子谐振器,配置为吸收第一偏振光;以及
    第二子谐振器,配置为吸收第二偏振光,所述第二偏振光垂直于所述第一偏振光。

    21.  一种红外探测器,包括:
    热敏电阻器,具有根据温度而改变的电阻值;以及
    谐振器,以一距离设置在所述热敏电阻器上方,所述谐振器配置为响应于在至少两个不同的波带内的电磁辐射而产生热。

    22.  根据权利要求21所述的红外探测器,其中所述谐振器配置为响应于在第一波带和第二波带内的电磁辐射而产生热,所述第二波带包括处于所述第一波带之外的波长。

    23.  根据权利要求21所述的红外探测器,其中所述谐振器具有至少两个离散的谐振频率。

    24.  根据权利要求23所述的红外探测器,其中所述谐振器包括:
    多个子谐振器,每个子谐振器具有所述离散谐振频率之一。

    25.  根据权利要求21所述的红外探测器,其中所述第一波带和所述第二波带两者的波长都包括红外光的波长。

    说明书

    说明书红外探测器
    技术领域
    示例实施方式涉及红外探测器,更具体地,涉及配置为吸收宽频带红外光的红外探测器。
    背景技术
    根据黑体辐射理论,物体辐射宽频带电磁波,辐射的强度在特定波长处最大,该特定波长取决于物体的温度而改变。例如,处于室温的物体辐射强度在约10μm的波长处为最大的红外光。
    辐射热测量器(bolometer)是用于通过利用黑体辐射理论来测量辐射能量的装置。辐射热测量器吸收具有辐射的红外光的波长(或太赫兹)的电磁波,并通过将该电磁波转换为热并探测由于热引起的温度变化来测量辐射能量。
    近来,随着微机电系统(MEMS)技术的发展,已经开发了具有多个微辐射热测量器的二维阵列的红外探测器。这样的红外探测器可以在例如用于获得热图像的热成像相机中使用。为了制造具有高分辨率和高温度准确性的热成像相机,会期望减小像素的尺寸。然而,当红外探测器使用具有索尔兹伯(Salisbury)屏结构的辐射热测量器时,其中基底板与热吸收器间隔开λ/4的距离(其中λ是要被探测的红外光的波带的中心波长),如果在像素内的屏的尺寸减小,则每个像素上的入射能量会减少。由于减少提供到每个像素的入射能量,温度变化的量会减小,信噪比也会降低。
    表面等离子体(surface plasmon)是由于在金属的表面处而不是内部(如在Salisbury屏中)发生的电荷密度振荡而产生的一种电磁波。近来已经提出了利用局域表面等离子体共振(LSPR)现象的辐射热测量器来替代Salisbury屏结构。利用等离子体振子吸收器(plasmonic absorber)的辐射热测量器可以由于LSPR而克服低吸收率和低信噪比的限制。
    然而,由于等离子体振子吸收器具有相对窄的带宽,所以难以获得热图 像。因此,提出了增加等离子体振子吸收器的谐振带宽的各种方法。
    发明内容
    一个或多个示例实施方式涉及配置为利用等离子体共振现象来吸收红外光的红外探测器。
    在一个或多个示例实施方式中,红外探测器具有对于宽频带波长的高吸收率。
    额外的方面将在以下的描述中部分地阐述,并将部分地从该描述而变得明显,或者可以通过给出的示例实施方式的实施而掌握。
    根据示例实施方式,一种红外探测器包括:基板;谐振单元,与基板间隔开以通过在入射红外光的多个波长处引起谐振而产生热;热敏电阻层,支撑谐振单元并且具有根据谐振单元中产生的热而改变的电阻值;以及连接单元,支撑热敏电阻层使得热敏电阻层与基板间隔开并将热敏电阻层电连接到基板。
    谐振单元包括:第一谐振器,吸收第一波带的红外光;以及第二谐振器,配置为吸收第二波带的红外光。
    第一谐振器和第二谐振器中的至少一个包括:第一子谐振器,吸收第一偏振光;以及第二子谐振器,吸收垂直于第一偏振光的第二偏振光。
    第一谐振器和第二子谐振器中的至少一个可以具有杆的形状。
    第一谐振器和第二子谐振器可以彼此间隔开或者可以共用一区域。
    第一谐振器的第一子谐振器和第二谐振器的第二子谐振器可以共用一区域。
    第一谐振器和第二谐振器可以彼此间隔开或共用一区域。
    第一波带和第二波带可以彼此部分重叠或者可以彼此完全不同。
    连接单元可以包括:支撑件,从基板突出,使得热敏电阻层与基板间隔开;以及热引线(thermal leg),将热敏电阻层连接到支撑件。
    热引线可以包括弯折图案。
    红外探测器还可以包括金属垫,该金属垫设置在支撑件与基板之间以将支撑件电连接到基板。
    红外探测器还可以包括反射层,该反射层设置在基板与热敏电阻层之间以反射入射红外光。
    反射层可以接触基板或热敏电阻层。
    反射层可以由金属材料形成,并由吸收比谐振器少的热的材料形成。
    红外探测器还可以包括热隔离层,该热隔离层设置在基板与热敏电阻层之间以阻挡热从热敏电阻层传递到基板。
    根据另一示例实施方式,一种红外探测器包括:基板;多个谐振单元,与基板间隔开以通过在多个谐振波长处引起谐振而产生热并吸收红外光;多个热敏电阻层,分别支撑谐振单元并具有随着谐振单元中的温度变化而改变的电阻值;以及连接单元,支撑热敏电阻层使得热敏电阻层与基板间隔开并将热敏电阻层电连接到基板。
    连接单元可以包括:多个支撑件,从基板突出,使得热敏电阻层与基板间隔开;以及多个热引线,将热敏电阻层连接到支撑件。
    多个热引线可以被串联连接。
    每个谐振单元可以包括:第一谐振器,吸收第一波带的红外光;以及第二谐振器,吸收不同于第一波带的第二波带的红外光。
    第一谐振器和第二谐振器中的至少一个可以包括:第一子谐振器,吸收第一偏振光;以及第二子谐振器,吸收垂直于第一偏振光的第二偏振光。
    在一个示例实施方式中,红外探测器包括:热敏电阻器,具有根据温度而改变的电阻值;以及谐振器,以一距离设置在热敏电阻器上方,谐振器配置为响应于在至少两个不同波带内的电磁辐射而产生热。
    在一个实施方式中,谐振器配置为响应于在第一波带和第二波带内的电磁辐射而产生热,第二波带包括在第一波带之外的波长。
    在一个实施方式中,谐振器具有至少两个离散的谐振频率。
    在一个实施方式中,谐振器包括多个子谐振器,每个子谐振器具有该离散的谐振频率之一。
    在一个实施方式中,第一波带和第二波带两者的波长都包括红外光的波长。
    在一个实施方式中,红外探测器还包括:支撑件,配置为将热敏电阻器悬置在红外探测器的其上具有驱动电路的基板上方的位置;以及热隔离层,配置为阻止热从热敏电阻器传递至基板。
    在一个实施方式中,两个不同的波带为彼此部分重叠的波带。
    在一个实施方式中,两个不同的波带为彼此不重叠的波带。
    在一个实施方式中,一种热成像相机包括:多个红外探测器,配置为通过吸收在至少8微米与14微米之间的红外光而产生热图像。
    附图说明
    从以下结合附图对实施方式的描述,这些和/或其他的方面将变得明显并更易于理解,附图中:
    图1为示出根据示例实施方式的红外探测器的结构的透视图;
    图2为沿着图1的线A-A’截取的红外探测器的截面图;
    图3为沿着图1的线B-B’截取的红外探测器的截面图;
    图4为根据示例实施方式的被包括在图1的红外探测器中的谐振单元的平面图;
    图5为示出图1的红外探测器的谐振器的吸收谱的模拟结果的曲线图;
    图6A至图6C为示例性示出谐振单元中的谐振器的布置形式的图示;
    图7A和图7B为示出根据示例实施方式的谐振单元的其他形式的图示;
    图8为示出根据示例实施方式的宽频带红外探测器中布置的谐振单元的图示;
    图9为示出图7A所示的谐振单元的吸收谱的模拟结果的曲线图;
    图10为示出图8所示的谐振单元的吸收谱的模拟结果的曲线图;以及
    图11为示出根据另一示例实施方式的红外探测器的平面图。
    具体实施方式
    现在将详细参照示例实施方式,其示例在附图中示出,其中相同的附图标记始终表示相同的元件,并且为了清晰,可以夸大元件的尺寸。在这点上,本发明的示例实施方式可以具有不同的形式,而不应被解释为限于这里阐述的描述。因此,下面通过参照附图仅描述了实施方式,以说明本说明书的各方面。
    这里公开了具体的说明性的实施方式。然而,这里公开的特定结构和功能细节仅是代表性地用于描述示例实施方式的目的。示例实施方式可以以许多不同的形式实施,而不应被解释为仅限于这里阐述的那些。
    然而,应当理解,无意将本公开限于所公开的具体示例实施方式。相反地,示例实施方式将涵盖落入示例实施方式的范围内的所有变形、等同物和 替换物。相同的附图标记在附图的整个描述中表示相同的元件。
    将理解,虽然这里可以使用术语第一、第二等来描述不同的元件,但是这些元件不应受到这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区别开。例如,第一元件可以被称为第二元件,类似地,第二元件可以被称为第一元件,而不脱离本公开的范围。当在这里使用时,术语“和/或”包括相关列举项目中的一个或多个的任意和所有组合。
    将理解,当一元件被称为“连接”或“耦接”到另一元件时,它可以直接连接或耦接到该另一元件或者可以存在居间元件。相反,当一元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一元件时,没有居间元件存在。用于描述元件之间的关系的其它词语应当以类似的方式解释(例如,“在……之间”与“直接在……之间”,“相邻”与“直接相邻”等)。
    这里使用的术语仅是为了描述具体实施方式的目的,而不旨在进行限制。当在这里使用时,单数形式“一”和“该”也旨在包括复数形式,除非上下文另外清楚地表示?;菇斫?,当在这里使用时,术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在,但是并不排除一个或更多其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。
    还应当指出,在一些备选实施例中,所提到的功能/动作可以不按附图中提到的顺序发生。例如,取决于所涉及的功能/动作,连续示出的两个附图可以实际上被基本同时地执行,或者有时可以按相反的顺序执行。
    现在将参照附图更全面地描述不同的示例实施方式,在附图中示出了一些示例实施方式。在附图中,为了清晰,夸大了层和区域的厚度。
    在下文,将参照附图详细描述红外探测器。
    图1为示出根据示例实施方式的红外探测器100的结构的透视图,图2为红外探测器100沿图1的线A-A’截取的截面图,图3为红外探测器100沿图1的线B-B’截取的截面图。图1至图3中所示的红外探测器100可以是单位像素。
    红外探测器的结构
    参照图1至图3,红外探测器100包括:基板110;谐振单元120,与基板110间隔开并在多个波长处等离子体共振以吸收红外光。红外探测器100还包括热敏电阻层130和连接单元150。热敏电阻层130支撑谐振单元120 并具有根据谐振单元120中的温度变化而改变的电阻值。连接单元150支撑热敏电阻层130使得热敏电阻层130与基板110间隔开并将热敏电阻层130电连接到基板110。
    虽然没有示出,但是用于控制红外探测器100并读取所探测的红外光的强度的驱动电路以及各种导电金属布线可以布置在基板110上。
    谐振单元120可以由于谐振现象吸收红外光并产生热。具体地,谐振单元120可以在多个波长处引起谐振。谐振单元120可以包括用于吸收两个不同波带的红外光的至少两个谐振器。不同的波带可以彼此部分地重叠,或者可以彼此完全不同。两个波带中的每个可以包括在这两个波带中的另一个波带之外的至少一个波长。红外光的谐振波长根据谐振单元120和热敏电阻层130的材料的介电常数、谐振单元120的形状和大小以及热敏电阻层130的厚度来确定。
    例如,如图4所示,谐振单元120可以包括用于吸收第一波带的红外光的第一谐振器122和用于吸收第二波带的红外光的第二谐振器124。第一谐振器122和第二谐振器124可以分别包括用于吸收第一偏振光的第一子谐振器122a和第三子谐振器124a以及分别包括用于吸收垂直于第一偏振光的第二偏振光的第二子谐振器122b和第四子谐振器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,第一谐振器122可以包括用于从第一波带的红外光吸收垂直偏振光的第一子谐振器122a和用于从第一波带的红外光吸收水平偏振光的第二子谐振器122b,第二谐振器124可以包括用于从第二波带的红外光吸收垂直偏振光的第三子谐振器124a和用于从第二波带的红外光吸收水平偏振光的第四子谐振器124b。
    第一至第四子谐振器122a、122b、124a和124b可以具有杆形。第一子谐振器122a和第二子谐振器122b可以具有相同的大小,并可以彼此垂直地间隔开。第三子谐振器124a和第四子谐振器124b可以具有相同的大小,并可以彼此垂直地间隔开。第一和第二子谐振器122a和122b的大小可以不同于第三和第四子谐振器124a和124b的大小。
    第一至第四子谐振器122a、122b、124a和124b的每个可以是用于通过局域表面等离子体共振来吸收红外光的等离子体振子吸收器或者用于由于超材料(metamaterial)的谐振而吸收红外光的超材料。第一至第四子谐振器122a、122b、124a和124b的每个可以由包含金属的材料形成。例如,第一 至第四子谐振器122a、122b、124a和124b可以包括从由金、钛、铝、铜、铂、银、镍(Ni)和铬(Cr)构成的组选择的至少一种金属材料或金属的合金。当红外光通过局域表面等离子体共振而与第一至第四子谐振器122a、122b、124a和124b相互作用时,光可以被聚集在非常窄的区域上。
    热敏电阻层130可以不仅机械地支撑谐振单元120,还可以接收谐振单元120中产生的热。热敏电阻层130可以直接吸收红外光的一部分。如图1和图4所示,谐振单元120可以布置在热敏电阻层130上,热敏电阻层130可以具有板结构。热敏电阻层130的面积可以与谐振单元120的面积相同或略大于谐振单元120的面积。在图1中,热敏电阻层130具有略大于谐振单元120的面积并形成为板的形状,但是不限于此。
    热敏电阻层130可以包括电阻值根据温度而变化的热可变电阻材料。热可变电阻材料的电阻温度系数(TCR)可以是高的。例如,热敏电阻层130可以包括诸如钒氧化物(VOx)和镍氧化物的热可变电阻材料,或者可以由热可变电阻材料和其他电介质(例如,硅氮化物和硅氧化物)的复合材料构成。
    连接单元150支撑热敏电阻层130,使得热敏电阻层130与基板110间隔开。此外,连接单元150将热敏电阻层130电连接到基板110。连接单元150可以由导电材料形成以将热敏电阻层130电连接到基板110。因此,电流在热敏电阻层130与连接单元150之间流动,基板110中的驱动电路(未示出)可以探测由吸收的热引起的电阻变化。
    连接单元150可以包括支撑件152、金属垫154以及热引线156。支撑件152可以支撑热敏电阻层130并从基板110突出使得热敏电阻层130与基板110间隔开。金属垫154可以布置在支撑件152与基板110之间,以将基板110中的驱动电路(未示出)电连接到支撑件152。热引线156可以将支撑件152连接到热敏电阻层130并使从热敏电阻层130传递到支撑件152的热最小化。热引线156可以相对于基板110水平地布置,使得热引线156的第一端部可以以悬臂梁的形式连接到支撑件152的侧部。
    在图1中,支撑件152、金属垫154和热引线156的每个都成对地提供,但是不限于此。支撑件152、金属垫154和热引线156的每个的数量可以是两个或更多。
    支撑件152可以与谐振单元120间隔开。例如,支撑件152可以在基板 110上沿对角线方向布置,以从基板110垂直地突出。
    支撑件152的内部可以填充有导电材料,或者可以不填充有导电材料。在支撑件152的内部填充有导电材料的情况下,可以不需要金属垫154。这是因为支撑件152可以充分地将电信号传输到驱动电路。
    热引线156的第二端部可以连接到热敏电阻层130。因此,热敏电阻层130可以被热引线156和支撑件152支撑且与基板110间隔开。一对热引线156可以串联地连接到热敏电阻层130的两侧。热引线156可以包括弯折图案以防止谐振单元120的热被传递到基板110。热引线156可以由包括热可变电阻材料、电介质和金属薄膜的材料形成。
    热隔离层160可以设置在基板110与热敏电阻层130之间。热隔离层160使从谐振单元120和热敏电阻层130到基板110的直接热传递最小化。热隔离单元160可以包括诸如真空层和空气层的低热传导层之一。
    红外探测器100还可以包括反射层170,反射层170设置在谐振单元120与基板110之间以反射入射的红外光。在图1至图3中,反射层170设置在热隔离层160与基板110之间,但是不限于此。反射层170可以设置在热敏电阻层130与热隔离层160之间。反射层170可以朝向谐振单元120反射红外光,并引起与谐振单元120的等离子体共振,从而改善红外光吸收效率。反射层170可以具有特定厚度,例如约300nm至约400nm或更大,使得入射的红外光几乎不到达基板110。因此,反射层170下面的基板110可以几乎不影响谐振现象。
    当在谐振单元120中发生等离子体共振时,从反射层170反射的红外光引起与从谐振单元120辐射的红外光的相消干涉,从而改善吸收效率。
    在热隔离层160设置在反射层170与热敏电阻层130之间的情况下,如图2所示,反射层170可以形成在基板110上。反射层170可以由金属形成,该金属允许由于红外光吸收引起的热产生没有谐振单元120那么强。因此,在反射层170中热产生被最小化,并且信号的幅度可以得到改善。例如,谐振单元120可以包括钛,反射层170可以包括金(Au)和铝中的至少一种。如图2所示,在反射层170形成在基板110上的情况下,因为反射层170中产生的热不被用于探测信号并因此为损耗,所以当减少由反射层170产生的热时,信号得到改善。
    在另一示例实施方式中,反射层170可以设置在热敏电阻层130与热隔 离层160之间。在此情况下,反射层170可以包括金属,并可以与热敏电阻层130接触。在反射层170与热敏电阻层130接触的情况下,反射层170中产生的热可以被用于探测信号。因此,谐振单元120可以包括产生比反射层170更多的热的不同类型的金属,或者可以包括与反射层170相同类型的金属。
    如图2和图3所示,红外探测器100还可以包括设置在谐振单元120与热敏电阻层130之间的绝缘层180,以使谐振单元120与热敏电阻层130电绝缘。绝缘层180可以由例如硅氧化物或硅氮化物形成。
    红外探测器的操作
    在一个或多个示例实施方式中,红外探测器100可以如下所述地操作。
    当红外波带(例如,约8-14μm)的电磁波入射到红外探测器100时,由于电磁波的能量而在谐振单元120中发生表面等离子体共振或超材料的谐振。没有被谐振单元120吸收的剩余电磁波被反射层170反射,然后再次入射到谐振单元120,因此吸收效率可以得到改善。
    谐振单元120中谐振的发生可以产生热,因此邻近于谐振单元120的热敏电阻层130的温度可以增加。温度的变化可以改变热敏电阻层130的电阻,这可以改变流过连接单元150的电流的量。因此,通过利用基板110中的驱动电路(未示出)测量流过连接单元150的电流,可以测量入射到红外探测器100的红外光的强度。
    根据实施方式,谐振单元120被设计为具有在要被探测的红外波带(例如,约8-14μm)内的多个谐振波长,因此谐振单元120可以在多个谐振模式下引起谐振。谐振单元120可以包括用于吸收第一波带的红外光当中的垂直偏振光的第一子谐振器122a、用于吸收第一波带的红外光当中的水平偏振光的第二子谐振器122b、用于吸收第二波带的红外光当中的垂直偏振光的第三子谐振器124a以及用于吸收第二波带的红外光当中的水平偏振光的第四子谐振器124b。如上所述,谐振单元120配置为具有不同的谐振频率,因此红外探测器100可以在红外光的宽频带获得恒定的高探测特性。
    红外探测器的模拟
    图5为示出图1的红外探测器100的谐振器的吸收谱的模拟结果的曲线 图。
    第一谐振器122可以被设计为具有约1.4μm的长度和约0.5μm的宽度,第二谐振器124可以被设计为具有约2.2μm的长度和约0.5μm的宽度。通过这样的配置,如图5所示,可以理解,其中吸收率为约90%或更高的吸收谱的波带为约8μm至约12μm,其大体上是宽的?;箍梢岳斫?,平均吸收率为约70%或更高。
    如上所述,谐振单元120包括具有多个谐振频率的多个谐振器。图1中所示的谐振器的布置形式仅为示例,可以被不同地修改。
    谐振器布置
    图6A至图6C为示例性示出谐振单元中的谐振器的布置形式的图示。
    如图6A所示,谐振单元120a中的第一至第四子谐振器122a、122b、124a和124b可以布置为彼此间隔开并可以大体上形成四边形。
    如图6B所示,多个子谐振器的至少一部分可以共用特定区域。例如,第一子谐振器122a和第四子谐振器124b可以共用特定区域,第二子谐振器122b和第三子谐振器124a可以共用特定区域。因此,谐振单元120b可以大体上具有十字的形状。
    可选地,如图6C所示,第一子谐振器122a和第四子谐振器124b可以彼此连接,第二子谐振器122b和第四子谐振器124a可以彼此连接。因此,谐振单元120c可以大体上具有四边形的形状。
    在图6B和图6C中,第一子谐振器122a的边缘部与第四子谐振器124b的边缘部共用,第二子谐振器122b的边缘部与第三子谐振器124a的边缘部共用,但是子谐振器不限于此。例如,谐振器可以共用其中心区域。
    谐振器的上述垂直和水平布置免除了谐振的偏振依赖性,因此对于垂直偏振红外光和水平偏振红外光二者均引起谐振。此外,由于布置了在不同的波长处谐振的多个子谐振器,所以可以增加感兴趣的波带的平均吸收率。
    虽然已经描述了具有相同的谐振频率但是具有不同的偏振特性的两个子谐振器彼此间隔开,但是子谐振器不限于此。例如,具有不同的偏振特性的两个子谐振器可以共用一个区域。
    图7A和图7B为示出根据示例实施方式的谐振单元的其他形式的图示。
    如图7A所示,具有相同的谐振波长但是具有不同的偏振特性的两个子 谐振器221a和221b彼此连接,使得谐振器可以形成十字的形状。也就是,两个子谐振器221a和221b可以共用中心区域。然而,在这种情况下,由于两个子谐振器221a和221b具有相同的吸收波带,所以吸收带宽会因此变窄。
    可选地,代替共用中心区域,如图7B所示,两个子谐振器221a和221b可以不对称地彼此连接。例如,ha<hb并且hc<hd。因此,图7B的谐振器的共用区域可以更接近一侧,谐振器形成十字的形状。在这种情况下,谐振器由于不对称的形状而具有一个或多个谐振频率,因此吸收带宽变宽。
    图8为示出根据另一示例实施方式的布置在宽频带红外探测器中的谐振单元220的图示。
    如图8所示,谐振单元220可以包括四个第一谐振器222和一个第二谐振器224。四个第一谐振器222的每个可以包括共用拐角区域的第一子谐振器222a和第二子谐振器222b。第二谐振器224可以包括共用中心区域的第三子谐振器224a和第四子谐振器224b。四个第一子谐振器222可以分别布置在热敏电阻层130的拐角区域上,第二谐振器224可以布置在热敏电阻层130的中心区域上。因此,四个第一谐振器222可以吸收第一波带的红外光,第二谐振器224可以吸收第二波带的红外光。
    图9和图10为分别示出图7A和图8中所示的谐振单元的吸收谱的模拟结果的曲线图。
    第一谐振器222被设计为具有约2.2μm的长度和约0.5μm的宽度,第二谐振器224被设计为具有约3.2μm的长度和约0.5μm的宽度。
    如图9所示,当谐振单元在单个波长处谐振时,其中吸收率为约90%或更高的吸收谱的波带为约9.5μm至约10.5μm。
    然而,如图10所示,当谐振单元在多个波长处谐振时,其中吸收率为约90%或更高的吸收谱的波带为约8μm至约12μm。因此,可以理解,在谐振单元在多个波长处谐振的情况下,吸收谱的带宽更宽?;箍梢岳斫?,平均吸收率为约70%或更高。
    图11为示出根据另一示例实施方式的红外探测器的平面图。
    在图1中,红外探测器100包括单个谐振单元120。然而,如图11所示,红外探测器300可以包括多个谐振单元320。
    更具体地,如图11所示,红外探测器300可以包括:基板310;多个谐振单元320,与基板310间隔开以吸收红外光并产生热;多个热敏电阻层330, 用于将来自多个谐振单元320的热转换为电信号;连接单元350,支撑多个热敏电阻层330使得热敏电阻层330与基板310间隔开,并将多个热敏电阻层电连接到基板310;以及热隔离层360,设置在基板310与热敏电阻层330之间以阻挡热传递到基板310。
    在图11中,示出四个谐振单元320,但是谐振单元320的数量不限于此。谐振单元320的数量可以根据红外探测器300的设计目的而不同。多个热敏电阻层330中的每个可以支撑谐振单元320之一。热敏电阻层330可以具有根据谐振单元320的形状而图案化的形状,以便最小化热质量。
    连接单元350可以包括:一对支撑件352/354,从基板310突出使得多个热敏电阻层330与基板310间隔开;以及多个热引线356,用于将多个热敏电阻层330连接到一对支撑件352/354。多个热引线356可以被串联连接。多个谐振单元320中的每个可以包括用于吸收第一波带的第一红外光的第一谐振器和用于吸收第二波带的第二红外光的第二谐振器。第一和第二谐振器的每个可以包括用于吸收第一偏振光的第一子谐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谐振器。
    在布置多个热敏电阻层330和多个谐振单元320的情况下,相邻的热敏电阻层330之间的距离可以被适当地调整以减少衍射损失。热敏电阻层330之间的距离d1和d2起到衍射狭缝的作用。因此,如果要被探测的波带的红外光在所述距离之间衍射,则红外探测器300的效率会降低。因此,通过将距离d1和d2设定为小于要被探测的红外波带的波长,则入射到红外探测器300的红外光不会在热敏电阻层330之间的距离处衍射。例如,热敏电阻层330之间的距离d1和d2可以小于约8μm,在一个或多个示例实施方式中,距离d1和d2可以为约6μm。
    图11的红外探测器300与上述的红外探测器100相同,除了谐振单元320和热敏电阻层330被提供为多个并且热敏电阻层330通过热引线356连接之外。因此,省略对红外探测器300的详细描述。
    根据示例实施方式的红外探测器能够在多个波带谐振,因此红外探测器能够吸收宽频带红外光,并且由于热隔离层还具有改善的稳定性。
    上述红外探测器能够用于具有多个单位像素的二维阵列的红外热成像相机,或用于具有单个单位像素的结构的红外传感器或热成像传感器。
    应当理解,这里描述的示例实施方式应当仅以说明性的含义来考虑而不 是为了限制的目的。每个实施方式中的特征或方面的描述应当通常被认为可用于其他示例实施方式中的其他类似特征或方面。
    本申请要求于2013年2月1日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2013-0011979的权益,其公开内容通过引用整体结合于此。

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