專利名稱：包括集成至少一個(gè)衍射光柵的封裝的紅外檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及紅外檢測或成像，尤其涉及微測輻射熱檢測。更具體地，本發(fā)明涉及能夠調(diào)整包含敏感檢測元件的封裝的頻譜特性的技術(shù)。
背景技術(shù)：
本領(lǐng)域中公知的旨在用于紅外成像或熱成像的檢測器包括敏感網(wǎng)膜，該敏感網(wǎng)膜設(shè)置在光學(xué)裝置的焦平面中并且集成在通常緊密的封裝中，該封裝保護(hù)網(wǎng)膜，并且將其維持在其適當(dāng)操作通常所需的壓力極低的環(huán)境中。網(wǎng)膜由在稱為“讀取電路”(ROIC)的電子芯片的表面處形成的敏感單元元件或“像素”的二維組件形成，該電子芯片包括用于尋址并且形成每個(gè)像素的信號的電路。因此這些信號一起形成與熱場景相關(guān)的電圖像，借助于將熱圖像聚焦到敏感網(wǎng)膜上的適合的光學(xué)系統(tǒng)觀察該電圖像。通常稱為“窗口”的設(shè)置在光學(xué)裝置和網(wǎng)膜之間的光學(xué)路徑上的封裝壁由對于所關(guān)注的輻射基本上透明的平面基板形成，所關(guān)注的輻射即用于紅外檢測的8 μ m和14μπι之間的輻射，其適于300Κ附近的場景的當(dāng)前大部分的觀測情況。

在一個(gè)方面，為了優(yōu)化該頻帶中的透射，并且另一方面為了限制該頻帶之外的透射，并且更具體地限制短于8 μ m的波長，通常將光學(xué)濾波器應(yīng)用于窗口的兩個(gè)表面。實(shí)際上期望2 μ m和8 μ m之間的盡可能低的透射，以避免檢測器在靈敏度取決于發(fā)射物體和焦平面之間的觀測距離的頻譜中響應(yīng)，并且因此避免檢測到的紅外強(qiáng)度依賴于頻譜的該部分上的有限的大氣透明度。此外，限制2μπ 和8μπ 之間的透射能夠使網(wǎng)膜的敏感元件不會(huì)暴露于來自觀測場中可能出現(xiàn)的極熱源的高能輻射，并且引起對敏感元件的暫時(shí)的甚或永久的損壞。通常，并且實(shí)際上，在窗口表面上形成的光纖由包括許多預(yù)定厚度的薄層的干涉疊層形成，每個(gè)薄層在2和20 μ m之間是基本上透明的，具有通常由硫化鋅制成的低折射率的層和通常由鍺制成的高折射率的層的交替。因此可以并且已知在某種程度上控制并優(yōu)化第一表面上的窗口的空氣基板界面的透射頻譜，并且優(yōu)化相對表面上的基板-空氣(或真空)透射。濾波器的質(zhì)量進(jìn)一步由缺陷的特性確定，特別是所述濾波器包含的碎片、刮痕、異物和其他結(jié)構(gòu)缺陷。實(shí)際上，這些缺陷和瑕疵能夠干擾由檢測器形成的圖像，并且隨著濾波器接近焦平面，并且因此接近敏感檢測元件，這變得更加嚴(yán)重。應(yīng)注意，同樣地，在距焦平面最近的窗口表面上形成的濾波器的缺陷較之在另一窗口表面上形成的濾波器的缺陷，更強(qiáng)地干擾由檢測器形成的圖像?，F(xiàn)今，現(xiàn)代檢測器正趨向于具有越來越小的尺寸，特別是在厚度方面，即沿光軸的尺寸，特別用于充分利用具有極短焦距的光學(xué)系統(tǒng)。隨著檢測器的微型化，因此應(yīng)提供具有越來越小的尺寸的缺陷并且具有也越來越小的缺陷表面密度的濾波器。然而，由于這些光學(xué)濾波器的成本由于所采取的特定方法預(yù)防措施和/或相關(guān)聯(lián)的效率損失而迅速增加，因此這些日益苛刻的規(guī)格變?yōu)榻?jīng)濟(jì)問題。由該方法導(dǎo)致的所獲得的性能或成本仍不適于與當(dāng)前紅外檢測部件的領(lǐng)域相關(guān)的需要。降低光學(xué)濾波器的厚度是當(dāng)前利用的用于提高它們的質(zhì)量的方法。實(shí)際上，結(jié)構(gòu)缺陷的數(shù)目和尺寸連同濾波器厚度一起增加。因此，它們的厚度的減少導(dǎo)致了缺陷的尺寸和數(shù)目以及多層光學(xué)加工的成本的顯著減少。然而，總厚度的減少典型地伴隨所使用的層數(shù)目的減少，這必然導(dǎo)致光譜透射規(guī)格的放松。該方法因此導(dǎo)致了接受濾波器性能方面的劣化以及檢測器對極熱源的易感性，作為較低成本以及尺寸和數(shù)目減少的缺陷(即較好的缺陷率)代價(jià)。用于改進(jìn)缺陷率的現(xiàn)有技術(shù)的另一方法包括通過窗口的直接刻蝕實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)的二維網(wǎng)絡(luò)。該技術(shù)例如在文獻(xiàn)W002/054499和US2009/080075中描述。然而該技術(shù)極少被實(shí)現(xiàn)，特別是因?yàn)橄嚓P(guān)聯(lián)的必要技術(shù)和儀器的成本。此外，該結(jié)構(gòu)的簡單性使得不能限定諸如紅外測輻射熱檢測 所期望的透射光譜。實(shí)際上，以該方式獲得一個(gè)或者最好兩個(gè)干涉層的等同物，并且因此僅獲得抗反射功能，這極大地限制了所獲得的濾波器的總體優(yōu)化潛力。因此對于前面提及的缺點(diǎn)，需要通過在窗口的其他表面上的多層加工來形成通常的結(jié)構(gòu)以獲得2和8 μ m之間的低透射。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明致力于通過提供一種紅外測輻射熱檢測器來解決以上討論的問題，該紅外測輻射熱檢測器具有提供適于紅外測輻射熱檢測的濾光頻譜的窗口，該紅外測輻射熱檢測器具有極低的缺陷率并且可以借助于通常的大規(guī)模共同制造技術(shù)以低成本形成。出于該目的，本發(fā)明涉及一種紅外檢測器，其包括: 敏感網(wǎng)膜，能夠檢測8和14微米之間的波長范圍中的輻射；以及 封裝，包含敏感網(wǎng)膜并且包括與網(wǎng)膜相對的窗口，該窗口包括在2和14微米之間的波長范圍中至少部分透明的基板； 光學(xué)濾波器集合，在窗口上形成以衰減在2和8微米之間的波長范圍中的網(wǎng)膜上的入射輻射。根據(jù)本發(fā)明，光學(xué)濾波器集合由如下部件形成: 光學(xué)濾波器，在窗口的第一表面上形成并且衰減在2和8微米之間的波長范圍的第一區(qū)間中的入射輻射；以及 周期衍射光柵，在窗口的第二表面上形成并且衰減在2和8微米之間的波長范圍的與第一區(qū)間不同的第二區(qū)間中的入射輻射。換言之,本發(fā)明包括組合第一濾波器，特別是在窗口的一個(gè)表面(被稱為第一表面)上形成的多層干涉濾波器，以及使用光柵的衍射性質(zhì)的濾波器，這種衍射性質(zhì)是例如通過所述窗口的另一表面(被稱為第二表面)上的表面紋理而獲得的。根據(jù)該組合，第一濾波器衰減第一波長范圍，例如2和5μπι之間的范圍上的窗口透射，并且網(wǎng)絡(luò)紋理衰減第二波長范圍，例如5和8 μ m之間的范圍上的窗口透射。這些特定功能是與8和14μπι之間的所關(guān)注的波長中的通過兩個(gè)窗口表面的輻射的高透射的獲得同時(shí)被獲得的。將多層干涉濾波器替換為根據(jù)本發(fā)明的衍射濾波器，在紅外檢測器的窗口的至少一個(gè)表面上，使得能夠極為顯著地改進(jìn)組件質(zhì)量的工業(yè)控制，即干擾承載有用信息的入射波陣面的傳播的結(jié)構(gòu)缺陷的密度和尺寸。這導(dǎo)致了制造尺寸減小的部件的極大便利，盡管關(guān)于窗口質(zhì)量的規(guī)格極為苛刻。實(shí)際上，衍射濾波器可以借助于通常的制造技術(shù)形成，在這里以可再現(xiàn)的和準(zhǔn)確的方式形成。特別地，諸如硅或鍺的對紅外輻射透明的礦物基板的使用使得能夠使用基于微電子的技術(shù)，更具體地包括形成通過光刻限定的光柵的掩模，以及通過清潔環(huán)境中的干法刻蝕的方法形成光柵的隆起的或凹陷的圖案。這些技術(shù)在缺陷方面提供了比通過根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的多層干涉濾波器的淀積(通常通過蒸發(fā))典型實(shí)現(xiàn)的可重復(fù)性和質(zhì)量高得多的可重復(fù)性和質(zhì)量。此外，典型使用的制造方法的可重復(fù)性使得能夠?qū)崿F(xiàn)比根據(jù)多層干涉濾波器的淀積的傳統(tǒng)技術(shù)獲得的制造效率高的制造效率。此外，難于甚或不可能用于多層干涉濾波器的快速的、廣泛共同的和自動(dòng)的制造技術(shù)的使用導(dǎo)致了符合成本控制需要的制造成本。在例如標(biāo)準(zhǔn)硅基板上利用紅外用多層加工的光學(xué)窗口的共同制造通常伴隨特定的可變性，其可能引起這些加工的濾光特性的頻譜漂移。實(shí)際上，在同一基板的外圍和中心之間，或者在若干基板之間，根據(jù)用于制造多層濾波器的通常方法淀積的厚度可能顯著變化。因此，特別地由每個(gè)干涉層的厚度控制的光學(xué)加工的頻譜濾光限制可以根據(jù)基板上的窗口的位置，和/或根據(jù)所考慮的基板而漂移。根據(jù)本發(fā)明共同制造的窗口將優(yōu)選地具有由衍射濾波器控制的高通頻譜轉(zhuǎn)變或“導(dǎo)通(cut-on)”。特別地，衍射濾波器的頻譜濾光限制主要受光柵的間距(或周期)的控制?，F(xiàn)今，微電子光刻類型的典型地用于制造光柵的技術(shù)使得能夠相對于實(shí)際間距(典型地從I至5μπι)極為準(zhǔn)確地控制該間距。因此根據(jù)本發(fā)明的窗口的構(gòu)造提供了比根據(jù)通常的多層干涉濾波器技術(shù)高得多的控制度和透射閾值控制。由于使用衍射濾波器導(dǎo)致的頻譜帶寬的下限的較好控制使得能夠考慮允許關(guān)于厚度的精度以及關(guān)于淀積層的數(shù)目的較大的自由度的多層干涉濾波器的架構(gòu)(第一實(shí)施例的情況)。實(shí)際上，窗口的頻譜帶的限制由衍射濾波器設(shè)定，不再由干涉濾波器設(shè)定。由此，單個(gè)多層干涉濾波器的規(guī)格相對于傳統(tǒng)的雙濾波器構(gòu)造所需的規(guī)格放松，這導(dǎo)致了復(fù)雜度的潛在增加，就是說，導(dǎo)致了制造成本、所關(guān)注的頻譜中的頻譜透射控制、以及結(jié)構(gòu)缺陷密度的潛在增加。這通常導(dǎo)致顯著的節(jié)約。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在窗口的最接近網(wǎng)膜的表面上，或者在內(nèi)表面上形成周期光柵。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，光柵周期范圍在第二區(qū)間的上限除以形成窗口基板的材料的光學(xué)折射率的1.1和1.4倍之間，并且優(yōu)選地大致等于所述限制的1.25倍。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，光柵跨越窗口的厚度形成并且具有厚度范圍在I微米和2微米之間的圖案。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，光柵具有范圍在40%和55%之間的填充因子。填充因子是每單位面積的光柵的隆起部分的面積。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在窗口的第一表面上形成的濾波器是多層干涉濾波器。作為一種變化，在窗口的第一表面上形成的濾波器是衍射光柵。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第二區(qū)間的上限大于或等于第一區(qū)間的上限。更具體地: 在窗口的第一表面上形成的濾波器能夠衰減至少在2和5微米之間的波長范圍中的入射福射；以及 周期光柵能夠衰減至少在5和8微米之間的波長范圍中的入射輻射。有利地，在窗口的第一表面上形成的濾波器的行為基本上如同2和14微米之間的波長范圍上的高通濾波器。更具體地，高通濾波器的導(dǎo)通波長與形成窗口的基板的光學(xué)折射率的比在周期圖案光柵的間距的I和1.5倍之間，或者甚至基本上等于所述光柵的間距。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，周期光柵包括根據(jù)阿基米德或彭羅斯拼砌(ti I ing)布置的圖案。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，窗口由礦物基板，特別是硅或鍺制成。通過下文結(jié)合附圖的非限制性描述，將更好地理解本發(fā)明。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的紅外檢測器的簡化橫截面透視圖；圖2是圖1的檢測器中包括的根據(jù)本發(fā)明的窗口的更詳細(xì)的簡化橫截面視圖；圖3是在根據(jù)本發(fā)明的檢測器的窗口的外表面上形成的多層干涉濾波器的透射頻譜；圖4是在根據(jù)本發(fā)明的檢測器的窗口的內(nèi)表面上形成的衍射光柵的透射頻譜；圖5是組合圖3和4中分別所示的濾波器和光柵的檢測器窗口的透射頻譜；圖6是用于定義阿基米德拼砌的六邊形拼砌；圖7是圖示基于圖6的拼砌的阿基米德拼砌的網(wǎng)格的三個(gè)點(diǎn)的視圖；以及圖8是包括根據(jù)阿基米德拼砌布置的圓形平臺(tái)的衍射光柵的俯視圖。
具體實(shí)施例方式在圖1中，紅外測輻射熱檢測器10包括基部12，基部12在其上表面處包括讀取電路、敏感網(wǎng)膜14和熱絕緣臂，敏感網(wǎng)膜14由借助于機(jī)械支撐部懸在讀取電路上方的多個(gè)測輻射熱膜16形成。膜16均形成對紅外輻射，特別是波長范圍在8 μ m和14 μ m之間的紅外輻射敏感的檢測器點(diǎn)。網(wǎng)膜14設(shè)置在光學(xué)系統(tǒng)(未示出)的焦平面18中。在圖1中未相對基部12區(qū)分讀取電路，在該情況下讀取電路形成該基部本身，但是讀取電路也可以設(shè)置成在傳統(tǒng)封裝的底部的內(nèi)表面上組裝的電子芯片的形式，該組件形成根據(jù)本發(fā)明的基部12。讀取電路進(jìn)一步包括借助于膜16形成有用信號所必需的尋址和偏置電路(也未示出)。檢測器10進(jìn)一步包括位于網(wǎng)膜14前面并且設(shè)置在所述網(wǎng)膜和光學(xué)系統(tǒng)24之間的光學(xué)路徑上的第一壁22，以及設(shè)置有網(wǎng)膜14的基部12。由元件12、22、24形成的組件形成網(wǎng)膜14的機(jī)械保護(hù)封裝，并且限定通常緊密的空間26，其中典型地存在減少的氣壓。與網(wǎng)膜14相對的壁22包括平面基板28，其在8和14 μ m之間至少部分地透明。壁或窗口 22通常一件式形成并且由諸如硅或鍺的單個(gè)礦物材料形成，典型地，該單個(gè)礦物材料提供良好的機(jī)械固持和令人滿意的與壁24緊密集成的能力，同時(shí)使得能夠借助于光刻和刻蝕技術(shù)使其表面紋理化。 這些材料在8和14 μπι之間天然地基本上透明，但是從2μηι起并且至少直至20 μ m也是基本上透明的，使得借助于基板28的特定吸收將其排除以獲得期望的8 μ m以下的濾波。所提供的描述特別地，但是非排他地，適用于測輻射熱檢測器，本發(fā)明還適用于在所考慮的波長范圍中操作的任何類型的檢測器。相似地，限定本發(fā)明的具體的幾何和物理關(guān)系可以適用于與紅外頻譜不同的區(qū)域，只要至少其原理保持有用地可適用。基板28的最遠(yuǎn)離網(wǎng)膜14的外表面30設(shè)置有多層干涉濾波器32，其被設(shè)計(jì)為衰減
2μ m和8 μ m之間的第一波長范圍上的,有利地2和5 μ m之間的波長范圍上的窗口 22的總體光學(xué)透射。該范圍的有限帶寬特別地使得能夠提供具有有限數(shù)目的層的干涉濾波器，并且結(jié)果，較之被設(shè)計(jì)用于衰減從2 μ m到8 μ m的整個(gè)區(qū)間上的窗口透射的干涉濾波器，能夠提供有限的缺陷數(shù)目和缺陷尺寸。有利地，還考慮窗口 22的基板28的光學(xué)特性以設(shè)計(jì)濾波器32。實(shí)際上，通過選擇例如由鍺或硅制成的礦物基板28，對于鍺，窗口 22對于小于2μπι (真空中)的本征不透明性極限的任何波長是不透明的，并且對于硅，窗口 22對于小于1.2 μ m的本征不透明性極限的任何波長是不透明的。再者，具有關(guān)于大于不透明性極限的波長的高通類型的光學(xué)透射的濾波器32使得能夠獲得期望的濾波，即使該濾波器的透射對小于不透明性極限的波長將是聞的。與這種檢測器一起使用的光學(xué)系統(tǒng)的透鏡通常由鍺制成，從而沒有2μπι以下的場景發(fā)射的輻射到達(dá)檢測器窗口。因此通常不需要借助于窗口對1.2和2μπι之間的輻射進(jìn)行濾波。出于該原因，在這里的討論中僅考慮大于2μπι的波長。例如在圖3中示出了由濾波器32透射的輻射和入射在所述濾波器上的輻射之間的光學(xué)透射函數(shù)的示例。窗口 22的內(nèi)表面34，即最接近網(wǎng)膜14的表面被紋理化以具有形成衍射光柵的圖案28的周期光柵36，例如隆起的平臺(tái)的光柵。 衍射光柵36被設(shè)計(jì)用于衰減2 μ m和8 μ m之間的第二波長范圍上的，有利地5至8μπι的波長范圍上的窗口 22的總體光學(xué)透射。更具體地，如圖2的詳細(xì)視圖中所示，選擇光柵36的性質(zhì)，即特別是其圖案的幾何特征、主要是它們的填充率以及光柵的間距P，使得第二范圍中包括的波長偏離衍射角Qdiff，使得這些波長不會(huì)入射在網(wǎng)膜14上。因此衍射的能量不再沿光軸傳送，而是根據(jù)入射半空間中的高角度而偏離所述光軸，使得在這些波長的輻射不會(huì)到達(dá)焦平面。在焦平面上形成的圖像方面，結(jié)果等同于該波長范圍的嚴(yán)重透射衰減。如前文所述，衍射光柵有利地借助于通常的現(xiàn)有技術(shù)的光刻或刻蝕技術(shù)形成，這些技術(shù)允許大規(guī)模生產(chǎn)和高可再現(xiàn)性，使得衍射光柵的缺陷的尺寸和密度是極為有限的。例如在圖4中示出了由衍射光柵36透射的輻射和入射在所述光柵上的輻射之間的光學(xué)透射函數(shù)的示例。在圖5中示出了圖3中所示的頻譜和圖4中所示的頻譜的組合，即窗口 22透射的福射和入射在窗口 22上的福射之間的窗口 22的總體光學(xué)透射。有利地，衍射光柵36的光學(xué)性質(zhì)是各向同性的，以避免對輻射的特定偏振的選擇性。實(shí)際上，在大部分紅外成像類型的應(yīng)用中收集的輻射沒有特定的偏振特征。為此目的，光柵36具有高對稱性，特別是4或6階次的對稱性，即正方形或六邊形，或者更高階次的對稱性。當(dāng)然，如果相反地，例如期望透射/衍射偏振的各向異性，則其他布局也是可能的。光柵的旋轉(zhuǎn)對稱性階次在某種程度上使得能夠設(shè)定8 μ m下的衰減范圍和超過8μπι的透射范圍之間的轉(zhuǎn)變的陡度。在圖5中通過8μπι周圍的透射頻譜的斜率示出了該陡度。實(shí)際上，每個(gè)衍射階次的強(qiáng)度取決于光柵36的對稱性的階次。因此，六邊形光柵(具有6階次的對稱性)將具有與具有4階次的對稱性的光柵不同的斜率。通?？梢杂^察到，較高階次的對稱性導(dǎo)致衍射光柵36的導(dǎo)通水平處的更陡峭的轉(zhuǎn)變。如本發(fā)明人所觀察到的，高對稱性的本發(fā)明的背景下的優(yōu)點(diǎn)還源自如下事實(shí)，與光柵的衍射對應(yīng)的透射輻射的強(qiáng)度的衰減，即濾波頻譜的第二部分中的衰減隨著光柵的對稱性階次極為顯著地增加。因此，例如，六邊形光柵導(dǎo)致5-8 μ m范圍上的80%的平均衰減，而具有阿基米德拼砌的光柵允許該同一范圍上的大于90%，甚或95%的平均衰減。如果光柵36包括“準(zhǔn)晶體”類型的網(wǎng)格，則可以獲得有利的高階次的對稱性。例如，光柵36是從彭羅斯拼砌得到的圖案的二維光柵，這種拼砌具有周期性重復(fù)的圖案，其具有5或10階次的對稱性。這種光柵可以例如根據(jù)“Construction de pavages du planpar la methode desmulti—grilles”，Denis Gratias, LEM-CNRS/ONERA, 2002 描述的方法構(gòu)造。作為一種變化，光柵36是所謂的阿基米德圖案的光柵，其周期性地重復(fù)以形成具有12階次的對稱性的較大的圖案。特別地，通過阿基米德拼砌得到的圖案的光柵提供了衰減范圍和透射范圍之間的小寬度的轉(zhuǎn)變，即對于8 μ m周圍的導(dǎo)通具有約2 μ m的寬度。相反地，具有正方形網(wǎng)格的光柵的導(dǎo)通將在較大的頻譜帶上延伸，對于8 μ m周圍的導(dǎo)通典型地具有約2.5 μ m的寬度。適于本發(fā)明的基于阿基米德拼砌的光柵可以如下構(gòu)造。首先，形成被布置成形成六邊形52 (元素阿基米德圖案)的等邊三角形50a-50f的集合。隨后，該元素圖案周期性地重復(fù)以形成諸如圖6中所示的第一連續(xù)拼砌。隨后在每個(gè)六邊形52的等邊三角形50a_50f中的一個(gè)上定義三個(gè)點(diǎn)并且在每個(gè)六邊形的每個(gè)三角形上，通過圍繞與六邊形的中心對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)中心的旋轉(zhuǎn)來重復(fù)這三個(gè)點(diǎn)。通過構(gòu)造，所獲得的點(diǎn)圖案具有至少6階次的對稱性。為了同時(shí)獲得4階次的對稱性，具體地將三個(gè)前述點(diǎn)設(shè)置在等邊三角形上。第一點(diǎn)54a設(shè)置在元素圖案的中心，并且另外兩個(gè)點(diǎn)54b和54c分別與中心54a等距地設(shè)置在具有作為頂點(diǎn)的點(diǎn)54a的三角形的邊上，并且與相鄰的元素圖案的相應(yīng)的點(diǎn)56b和56c形成正方形圖案(4階次的對稱性)。因此點(diǎn)54b和54c距點(diǎn)54a的距離p等于點(diǎn)54b和56b之間的距離以及點(diǎn)54c和56c之間的距離。如前所述通過構(gòu)造并且通過重復(fù)將這三個(gè)點(diǎn)安置在每個(gè)三角形上，并且隨后通過利用這樣獲得的六邊形拼砌平面，點(diǎn)形成了具有1、2、3、4、6和12階次的對稱性的、周期性重復(fù)的各種圖案的光柵。因此，衍射階次的數(shù)目高于基于正方形或六邊形網(wǎng)格的、例如具有限于4或6階次的對稱性的傳統(tǒng)網(wǎng)格的階次。在圖8中圖示了在窗口 22的基板28的表面34處紋理化并且根據(jù)上述構(gòu)造安置在每個(gè)點(diǎn)處的例如圓形的平臺(tái)(pad)，其中具體化了各種對稱性的圖案。在下文中基于阿基米德拼砌的光柵的周期應(yīng)被理解為圖7的參數(shù)P，其對應(yīng)于構(gòu)造的兩個(gè)點(diǎn)之間的距離，即兩個(gè)相鄰平臺(tái)的中心之間的距離。彭羅斯拼砌使得能夠形成通常維持5或10階次的對稱性的二維光柵。
基于彭羅斯拼砌的光柵可以根據(jù)已知的多重柵格方法構(gòu)造。多重柵格方法提供了具有N階次(對于彭羅斯拼砌，N=5)的對稱性的二維柵格: 構(gòu)造平行的規(guī)則隔開的直線的集合； 旋轉(zhuǎn)中心設(shè)定在一條線上； 通過根據(jù)下一角度的圍繞對稱中心的旋轉(zhuǎn)來重復(fù)線網(wǎng)絡(luò)，該旋轉(zhuǎn)提供階次N=5:360° /5=72° 的對稱性。 隨后通過根據(jù)同一旋轉(zhuǎn)中心的角度等于(360° /5) X2=144°的第二旋轉(zhuǎn)來復(fù)制第一線網(wǎng)絡(luò)?；n隨后針對如下角度根據(jù)同一原理來復(fù)制第一線網(wǎng)絡(luò):(360 ° /5)X3和(360。/5) X40 通過構(gòu)造，直線的交叉點(diǎn)于是對應(yīng)于具有5階次的對稱性的光柵的節(jié)點(diǎn)。 隨后將用于本發(fā)明的光柵的平臺(tái)設(shè)置在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上以獲得具有5階次的對稱性的平臺(tái)光柵。用于構(gòu)造光柵的平行線之間的最短距離(沿與平行線垂直的方向)可以被視為基于彭羅斯拼砌的該光柵的周期?，F(xiàn)將更詳細(xì)地描述使得能夠設(shè)定衰減范圍的衍射光柵36的特征。在通過基板28的紋理 化獲得的光柵36的情況下，對于如下波長，第一衍射階次在通常的入射下出現(xiàn):λ = P.(ns+na)(I)其中:.λ是真空中的波長；.P是光柵36的周期；.ns是基板28的折射率；以及.na是空間26，例如空氣或真空的折射率。在下文中，na=l。為了在本發(fā)明的背景下獲得有利的衍射濾波，應(yīng)選擇對于光柵是充分高的、足以高效地在待衰減的頻譜帶(即5μηι和8μηι之間的波長范圍)中衍射的周期。然而，光柵周期必須不能過高，以限制透射將被最優(yōu)化的頻譜帶(即8 μ m和14μπι之間的波長范圍)中的衍射。在實(shí)踐中，當(dāng)光柵的周期P使第一衍射階次出現(xiàn)在范圍在光柵所期望的基板28中的導(dǎo)通波長的1.1和1.4倍之間，并且典型地大致等于1.25倍的基板28中的波長時(shí)，在不會(huì)顯著影響較高波長的透射的情況下，通過光柵36獲得了高效的衍射濾波。為了最佳地衰減小于8 μ m的波長的輻射，例如，選擇光柵36的周期p，使得在真空中第一衍射階次大致出現(xiàn)在10.5μπι周圍。因此，5和8μπι之間的波長范圍的頻譜帶上的衍射衰減變得顯著，并且對8和10 μ m之間的波長范圍的頻譜帶的透射的影響小，因?yàn)檠苌鋸?qiáng)度在該頻譜帶上保持是有限的。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，其中光柵36在窗口 22的內(nèi)表面上形成，當(dāng)輻射到達(dá)光柵36時(shí)輻射從基板28傳播到空間26，即空氣或真空。對于大于光柵36的周期p的真空空間中的波長，不同的衍射階次于是不會(huì)干擾在網(wǎng)膜16上形成的圖像，這是因?yàn)檫@些衍射模式通過反射傳播并且因此回到窗口 22的基板28中。
實(shí)際上，關(guān)于對稱二維光柵的衍射階次的衍射角度符合如下規(guī)則:
權(quán)利要求
1.一種紅外檢測器,包括: 敏感網(wǎng)膜，能夠檢測8和14微米之間的波長范圍中的輻射；以及 封裝，包含所述敏感網(wǎng)膜并且包括與所述網(wǎng)膜相對的窗口，所述窗口包括在2和14微米之間的波長范圍中至少部分透明的基板； 光學(xué)濾波器集合，在所述窗口上形成以衰減在2和8微米之間的波長范圍中的、所述網(wǎng)膜上的入射輻射。
其特征在于所述光學(xué)濾波器集合由如下部件形成: 光學(xué)濾波器，在所述窗口的第一表面上形成并且衰減在2和8微米之間的波長范圍的第一區(qū)間中的入射輻射；以及 周期衍射光柵，在所述窗口的第二表面上形成并且衰減在2和8微米之間的波長范圍的與所述第一區(qū)間不同的第二區(qū)間中的入射輻射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外檢測器，其特征在于，所述周期光柵在所述窗口的最接近所述網(wǎng)膜的表面上形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外檢測器，其特征在于，所述光柵的周期的范圍在所述第二區(qū)間的上限除以所述窗口基板的光學(xué)折射率的1.1和1.4倍之間，并且優(yōu)選地大致等于所述限制的1.25倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3中任一項(xiàng)所述的紅外檢測器，其特征在于，所述光柵跨越所述窗口的厚度形成并且具有厚度范圍在I微米和2微米之間的圖案。
5.根據(jù)前述權(quán) 利要求中任一項(xiàng)所述的紅外檢測器，其特征在于，所述光柵具有范圍在40%和55%之間的填充因子。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的紅外檢測器，其特征在于，在所述窗口的第一表面上形成的濾波器是多層干涉濾波器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的紅外檢測器，其特征在于，在所述窗口的第一表面上形成的濾波器是衍射光柵。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的紅外檢測器，其特征在于，所述第二區(qū)間的上限大于或等于所述第一區(qū)間的上限。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的紅外檢測器，其特征在于， 在所述窗口的第一表面上形成的濾波器能夠衰減至少在2和5微米之間的波長范圍中的入射福射；以及 所述周期光柵能夠衰減至少在5和8微米之間的波長范圍中的入射輻射。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的紅外檢測器，其特征在于，在所述窗口的第一表面上形成的濾波器的行為基本上如同2和14微米之間的波長范圍上的高通濾波器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的紅外檢測器，其特征在于，所述高通濾波器的導(dǎo)通波長與所述窗口基板的光學(xué)折射率的比的范圍在所述周期圖案光柵的間距值的I和1.5倍之間，并且優(yōu)選地基本上等于所述的光柵的間距。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的紅外檢測器，其特征在于，所述周期光柵包括根據(jù)阿基米德拼砌或彭羅斯拼砌布置的圖案。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的紅外檢測器，其特征在于，所述窗口由礦物基板，特別是硅或鍺制成。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的紅外檢測器，其特征在于，所述窗口是通過如下基板的鋸切形成:在所述基板的至少一個(gè)表面上共同形成多個(gè)光柵。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的紅外檢測器，其特征在于，所述網(wǎng)膜是測輻射熱膜的二維組 件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種紅外檢測器。根據(jù)本發(fā)明的紅外檢測器包括敏感網(wǎng)膜，能夠檢測8和14微米之間的波長范圍中的輻射；以及封裝，包含敏感網(wǎng)膜并且包括與網(wǎng)膜相對的窗口，所述窗口包括在2和14微米之間的波長范圍中至少部分透明的基板；以及光學(xué)濾波器集合，在窗口上形成以衰減在2和8微米之間的波長范圍中的網(wǎng)膜上的入射輻射，并且由如下部件形成光學(xué)濾波器，在窗口的第一表面上形成并且衰減在2和8微米之間的波長范圍的第一區(qū)間中的入射輻射，以及周期衍射光柵，在窗口的第二表面上形成并且衰減在2和8微米之間的波長范圍的與第一區(qū)間不同的第二區(qū)間中的入射輻射。
文檔編號G02B27/44GK103196562SQ20121055377
公開日2013年7月10日 申請日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月5日
發(fā)明者杰羅姆·法維耶 申請人:Ulis股份公司