專利名稱：碳納米管薄膜微機械紅外探測器的制作方法
一、所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種紅外探測器，特別涉及一種在一定材料的基底上制作微機械，并在其上生長碳納米管薄膜的碳納米管薄膜微機械紅外探測器。
由于探測機理的不同，紅外探測器目前主要有兩大類光子探測器和熱探測器。常見的光子探測器有光電子發(fā)射探測器、光電導(dǎo)探測器、光伏探測器、光磁電探測器等。常見的熱探測器有熱敏電阻測輻射熱器、測輻射熱電偶和熱電堆、氣動探測器、熱釋電探測器等。熱釋電探測器是根據(jù)熱釋電效應(yīng)工作的一類新型紅外探測器。與光子探測器相比，熱釋電探測器光譜響應(yīng)寬；與熱電阻、熱電偶和熱電堆等構(gòu)成的熱探測器相比其頻響快，具有可從十幾赫茲低頻到上千赫茲高頻的很寬頻率響應(yīng)特性，甚至可以制成響應(yīng)時間小于微秒級的快速熱釋電探測器。通常它與場效應(yīng)晶體管阻抗變換器組裝在一起，其結(jié)構(gòu)如

圖1所示。其中101為探測器，102為場效應(yīng)晶體管，103為源極電阻，輸出信號由源極電阻103兩端引出。104和105分別為場效應(yīng)晶體管阻抗變換器的輸入電阻和輸入電容。
熱釋電探測器的缺點在于1、由于受材料限制靈敏度較低。2、體積較大。3、在較高頻率下，由于介電損耗隨頻率上升而增加，遠不能達到理想的性能。4、成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)部分存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，具有極高的分辨率和寬光譜響應(yīng)范圍，靈敏度高，成本低，工藝簡單的碳納米管薄膜微機械紅外探測器。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的設(shè)計機理是微機械諧振器在光輻射照射時出現(xiàn)熱撓曲，其力學(xué)結(jié)構(gòu)固有振蕩頻率fo(或角頻率wo＝2πfo)發(fā)生變化，通過測量熱撓曲(靜態(tài))或測量fo(動態(tài))實現(xiàn)對輻射光強的探測。
所采用的技術(shù)方案是碳納米管薄膜微機械紅外探測器，包括一定基底材料的微機械1，拾取電路3，在微機械1上生長有碳納米管薄膜2；微機械1是指微諧振器件，可以是微懸臂梁、微橋和微膜(方膜或圓膜)等；微機械諧振器包括基座4、輻射窗口5、電源6、電源連線7和電源連線8以及輸出信號連線9和輸出信號連線10；拾取方法可以是電拾取，也可以是光拾取，電拾取一般是利用硅的壓阻效應(yīng)，在微機械諧振器上制作壓敏電阻，與設(shè)計的檢測電路相連，通過器件諧振時壓敏電阻的阻值變化來測試器件的諧振特性；光拾取通常是利用光纖傳感器技術(shù)實現(xiàn)微機械諧振器的振動測量。
本發(fā)明的其他一些特點是，所述基底材料選用一般的半導(dǎo)體材料，如硅、二氧化硅、氮化硅。
所述碳納米管薄膜2，既可以通過催化熱解法、CVD法直接生長于基底上，也可以通過電泳、涂敷、印刷等移植法成形于基底上。
所述拾取電路3是利用硅的壓阻效應(yīng)，將四個壓敏電阻連接成惠斯通電橋形式。
微機械諧振器上生長一層碳納米管薄膜，作為光輻射吸收材料，由于碳納米管薄膜對紅外輻射的吸收系數(shù)η可達0.98，從而使其具有高的靈敏度和小的噪聲等效功率，以提高該類探測器的探測能力。
微機械諧振器通過MEMS加工工藝制成，可進行批量生產(chǎn)，從而降低器件的成本。
實施例參見圖2、圖3，圖2是碳納米管薄膜硅微懸臂梁諧振器結(jié)構(gòu)圖，包括半導(dǎo)體基底材料1和生長于其上的碳納米管薄膜2，以及拾取電路3。圖3是碳納米管薄膜硅微懸臂梁紅外探測器整體結(jié)構(gòu)示意圖，包括基座4、輻射窗口5、電源6、電源連線7、電源連線8以及輸出信號連線9、輸出信號連線10。
微機械1是指微機械諧振器件，可以是微懸臂梁、微橋和微膜(方膜或圓膜)等。
拾取方法可以是電拾取，也可以是光拾取。電拾取一般是利用硅的壓阻效應(yīng)，在硅微機械諧振器上制作壓敏電阻，與設(shè)計的檢測電路相連，通過器件諧振時壓敏電阻的阻值變化來測試器件的諧振特性。光拾取通常是利用光纖傳感器技術(shù)實現(xiàn)硅微機械諧振器的振動測量。
本發(fā)明按照下述常規(guī)工藝制備1、微懸臂梁1的制作微懸臂梁是將半導(dǎo)體材料如硅、二氧化硅、氮化硅等為基底材料，加工成微懸臂梁諧振器的微懸臂梁結(jié)構(gòu)，本實施例中基底材料選用硅。當然，二氧化硅、氮化硅等都能作為基底材料實現(xiàn)微懸臂梁結(jié)構(gòu)或微橋和微膜(方膜或圓膜)結(jié)構(gòu)。
2、拾取電路3的制作拾取電路是利用硅的壓阻效應(yīng)，將四個壓敏電阻連接成惠斯通電橋形式。本實施例用半導(dǎo)體材料硅正面擴硼形成壓敏電阻，利用鋁連線版反刻鋁，形成金屬連線，利用金絲球型壓焊的方法引出連線。
3、碳納米管薄膜2的制備對前述步驟中的硅基底材料的背面進行清洗處理，分別用丙酮、酒精、去離子水進行超聲波清洗，然后，可以利用許多方法生長碳納米管。如催化熱解法、CVD法直接生長于基底材料上，也可以通過電泳、涂敷、印刷等移植法成形于基底材料上。
4、儀器裝配在完成上述步驟后，就獲得了碳納米管薄膜硅微懸臂梁紅外探測器，并將其固定于基座上，如圖3所示，便可進行紅外探測。
權(quán)利要求
1.一種碳納米管薄膜微機械紅外探測器，其特征在于包括一定基底材料的微機械[1]，拾取電路[3]，在微機械[1]上生長有碳納米管薄膜[2]；微機械[1]是指微諧振器件，可以是微懸臂梁、微橋和微膜等；微機械諧振器包括基座[4]、輻射窗口[5]、電源[6]、電源連線[7]和電源連線[8]以及輸出信號連線[9]和輸出信號連線[10]；拾取方法可以是電拾取，也可以是光拾取，電拾取一般是利用硅的壓阻效應(yīng)，在硅微諧振器上制作壓敏電阻，與設(shè)計的檢測電路相連，通過器件諧振時壓敏電阻的阻值變化來測試器件的諧振特性；光拾取通常是利用光纖傳感器技術(shù)實現(xiàn)硅微諧振器的振動測量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述碳納米管薄膜微機械紅外探測器，其特征在于所述基底材料選用一般的半導(dǎo)體材料，如硅、二氧化硅、氮化硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述碳納米管薄膜微機械紅外探測器，其特征在于所述碳納米管薄膜[2]，既可以通過催化熱解法、CVD法直接生長于基底上，也可以通過電泳、涂敷、印刷等移植法成形于基底上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述碳納米管薄膜微機械紅外探測器，其特征在于所述拾取電路[3]是利用硅的壓阻效應(yīng)，將四個壓敏電阻連接成惠斯通電橋形式。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種結(jié)構(gòu)簡單,具有極高的分辨率和寬光譜響應(yīng)范圍,靈敏度高,成本低,工藝簡單的碳納米管薄膜微機械紅外探測器,包括一定基底材料的微機械,拾取電路,微機械諧振器上生長一層碳納米管薄膜,作為光輻射吸收材料,由于碳納米管薄膜對紅外輻射的吸收系數(shù)η可達0.98,從而使其具有高的靈敏度和小的噪聲等效功率,以提高該類探測器的探測能力。微諧振器通過MEMS加工工藝制成,可進行批量生產(chǎn),從而降低器件的成本。
文檔編號G01J1/04GK1385359SQ0211443
公開日2002年12月18日 申請日期2002年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月5日
發(fā)明者劉君華, 梁晉濤, 朱長純, 韓建強 申請人:西安交通大學(xué)