ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ НЕОХЛАЖДАЕМОГО ФОТОПРИЕМНИКА ИНФРАКРАСНОГО ДИАПАЗОНА

Предполагаемая полезная модель относится к области инфракрасной (ИК) техники, микромеханической техники, а более конкретно к фотоприемным устройствам ИК диапазона.
Известен чувствительный элемент [US Patent №US 5,401,968 от 28 мая 1995 года] содержащий полупроводниковую пластину с расположено над ней опорой мостиковой структуры, выполненной из полупроводникового материала, и расположенным на ней фоточувствительным слоем, микролинзу, закрепленную над чувствительным слоем. Роль резонансного объема выполняет V-образный зазор между жестко закрепленной мостиковой структурой и подложкой.
Данная конструкция чувствительного элемента позволяет: детектировать приходящее на него ИК излучение одновременно в спектре длин волн, который определяется формой V-образного зазора между подложкой и опорой мостиковой структуры, уменьшить размер чувствительного элемента и, как следствие, температурное влияние чувствительных элементов, расположенных рядом друг с другом.
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого объекта, являются: мостиковая структура, опора мостиковой структуры, резонансный объем, материал чувствительный к ИК излучению, фоточувствительный слой, микролинза.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, является невозможность детектирования строго определенной длины волны.
Известен аналог заявляемого объекта чувствительный элемент [US Patent №US 6,218,667 B1 от 17 апреля 2001 года] содержащий опору мостиковой структуры, выполненную из полупроводникового материала, и расположенным на ней фоточувствительным слоем, микролинзу, закрепленную над чувствительным слоем. Роль резонансного объема выполняет зазор между жестко закрепленной мостиковой структурой и подложкой.
Данная конструкция чувствительного элемента позволяет: детектировать приходящее на него ИК излучение строго определенной длины волны, которая определяется зазором между подложкой и опорой мостиковой структуры, уменьшить размер чувствительного элемента и, как следствие, температурное влияние чувствительных элементов, расположенных рядом друг с другом.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются: мостиковая структура, опора мостиковой структуры, резонансный объем, опора мостиковой структуры, материал чувствительный к ИК излучению, микролинза.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: невозможность детектирования различных длин волн ИК спектра одним прибором.
Из известных наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является чувствительный элемент (RU 875681 U1 от 18.05.2009) в котором, для достижения необходимого технического результата в чувствительный элемент неохлаждаемого ИК фотоприемника состоящий из полупроводниковой подложки с жестко закрепленной на ней опорой мостиковой структуры, выполненной из диэлектрика, соединенной с фоточувствительным слоем, выполненным из материала чувствительного к ИК излучению, соединенный с подложкой металлическими контактами, и расположенным между двумя буферными слоями, выполненными из диэлектрика, микролинзы, жестко закрепленной на четырех опорах, выполненных из полупроводникового материала, над мостиковой структурой, для микрозеркала, выполненного из металла и расположенного под мостиковой структурой введены четыре опорные биморфные пьезоэлемента, расположенные с зазором относительно подложки и состоящие из трех управляющий металлических электродов и расположенных между ними двух слоев пьезокерамики каждый.
Данная конструкция чувствительного элемента позволяет: детектировать приходящее на него ИК излучение как в диапазоне длин волн так и строго определенную длину волны, которая определяется зазором между подложкой и опорой мостиковой структуры.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются: мостиковая структура, опора мостиковой структуры, изменяемый резонансный объем, опора мостиковой структуры, материал чувствительный к ИК излучению, микролинза.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, является сложность технологии изготовления, малая величина изменение резонансного объема и, следовательно, малый детектируемый спектр длин волн.
Задача предполагаемого изобретения - расширение функциональных возможностей за счет возможности контролировать изменения резонансного объема чувствительного элемента в более широких пределах для обеспечения селективного детектирования нужной длины волны, уменьшение геометрических размеров чувствительного элемента, увеличении площади фоточувствительного слоя, упрощение технологии изготовления чувствительного элемента в целом.
Технический результат достигается за счет введения четырех опор микрозеркала, расположенных с зазором относительно подложки и состоящих из электрода, выполненного из металла, опоры выполненной из диэлектрика и расположенного между ними материала с эффектом памяти формы каждая.
Для достижения необходимого технического результата в чувствительный элемент неохлаждаемого ИК фотоприемника состоящий из полупроводниковой подложки с жестко закрепленной на ней опорой мостиковой структуры, выполненной из диэлектрика, соединенной с фоточувствительным слоем, выполненным из материала чувствительного к ИК излучению, соединенный с подложкой металлическими контактами, и расположенным между двумя буферными слоями, выполненными из диэлектрика, микролинзы, жестко закрепленной на четырех опорах, выполненных из полупроводникового материала, над мостиковой структурой, для микрозеркала, выполненного из металла и расположенного под мостиковой структурой введены четыре опоры, расположенные с зазором относительно подложки и состоящие из электрода, выполненного из металла, опоры выполненной из диэлектрика и расположенного между ними материала с эффектом памяти формы каждая.
На Фиг.1 приведено сечение предлагаемого чувствительного элемента неохлаждаемого фотоприемника ИК диапазона. На Фиг.2, 2а, 2б приведены топологии основных слоев предлагаемого чувствительного элемента.
Чувствительный элемент неохлаждаемого фотоприемника ИК диапазона (Фиг.1) содержит подложку 1 с расположенной на ней опорой мостиковой структуры 2, выполненную из диэлектрика, мостиковую структуру 3 состоящую из буферных слоев 4, 5, выполненных из диэлектрика, с расположенным между ними фоточувствительным слоем 6, выполненным из материала чувствительного к ИК излучению, с подведенными к нему металлическими контактами 7, 8, микрозеркало 9, выполненное из металла, четыре опоры зеркала 10, 11, 12, 13, состоящие из электрода, выполненного из металла 14, опоры выполненной из диэлектрика 15 и расположенного между ними материала с эффектом памяти формы 16 каждая, четыре опоры для линзы 17, 18, 19, 20, выполненные из полупроводникового материала, и жестко скрепленную с ними линзу 21.
Работает чувствительный элемент следующим образом.
Падающее ИК излучение попадает на линзу 21, жестко закрепленную на опорах 17, 18, 19, 20, жестко скрепленных с опорой мостиковой структуры 2, расположенной на подложке 1, фокусирующую параллельный световой пучек на буферных слоях 4, 5, формирующие собой мостиковую структуру 3, которые, нагреваясь, передают тепло фоточувствительному слою 6, соединенному с металлическими контактами 7, 8, который нагреваясь, изменяет свое сопротивление и, при подаче на него постоянного напряжения, величину выходного сигнала, при этом отбор длины волны осуществляет четвертьволновый резонатор, расположенный под мостиковой структурой и состоящий из микрозеркала 9 и четырех опор зеркала 10, 11, 12, 13, состоящих из электрода, выполненного из металла 14, опоры выполненной из диэлектрика 15 и расположенного между ними материала с эффектом памяти формы 16 каждая, которые при приложении к электродам 14 электрического поля изгибаются в направлении оси Z, за счет процессов изменения структуры в следствии эффекта гигантской деформации в слое материала с эффектом памяти формы 16, и таким образом приводят в движение микрозеркало 9 в направлении оси Z, изменяющее объем четвертьволнового резонатора.
Таким образом, предлагаемое устройство представляет собой чувствительный элемент неохлаждаемого фотоприемника ИК диапазона, позволяющий детектировать приходящее ИК излучение как в диапазоне длин волн, так и настраивать устройство на конкретную длину волны. Введение четырех опор зеркала 10, 11, 12, 13, состоящих из электрода, выполненного из металла 14, опоры выполненной из диэлектрика 15 и расположенного между ними слоя материала с эффектом памяти формы 16 каждая, позволяет осуществлять перемещение микрозеркала 9 вдоль оси Z в более широких пределах, по сравнению с опорой зеркала на основе пьезокерамики, что позволяет использовать данный чувствительный элемент для детектирования приходящего ИК излучения широкого спектра длин волн, и отдельной длины волны. Использование для перемещения микрозеркала 9 вдоль оси Z материала с эффектом гигантской деформации, позволяет существенно упростить конструкцию и уменьшить геометрические размеры опор зеркала 10, 11, 12, 13, упростить технологию изготовления чувствительного элемента в целом, увеличить площадь фоточувствительного слоя 6 по сравнению с аналогичной конструкцией на основе пьезокерамики.
Таким образом, по сравнению с аналогичными устройствами, предлагаемая конструкция чувствительного элемента позволяет уменьшить геометрические размеры элемента и, как следствие, температурное влияние чувствительных элементов, расположенных рядом друг с другом, упростить технологию изготовления такого чувствительного элемента, увеличить площадь фоточувствительного слоя и, следовательно, коэффициент заполнения матрицы таких элементов, увеличить ширину спектра детектируемых длин волн падающего излучения.