CN2697611Y - 碳纳米管压阻热敏式红外探测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种碳纳米管压阻热敏式红外探测器，它包括一由基座圈成的框体，其特征在于，在基座的中央设置有一基底材料，在基底材料的上面粘结有碳纳米管薄膜，碳纳米管薄膜的两端有输出信号连线和输出信号连线，基底材料的下面有一层镀膜金属铝。其信号拾取方法可以是静态拾取，也可以是动态拾取，静态拾取一般是利用双层微机械的静热挠曲，由于碳纳米管具有压阻效应，且压阻系数随温度升高而变大，从而通过测量碳纳米管的静态阻值来测量辐射光强，动态拾取是利用微机械谐振器件的谐振频率随温度发生飘移的特点，通过碳纳米管阻值变化频率的漂移感知温度分布来测量辐射光强。同时碳纳米管对红外辐射又是强吸收，提高该类探测器的探测能力。

Description

碳纳米管压阻热敏式红外探测器

技术领域

本发明涉及一种红外探测器，特别涉及一种在一定材料的基底上制作微机械，并在其上粘结碳纳米管薄膜的压阻热敏式红外热探测器。

背景技术

红外探测技术在现代社会中的应用及其广泛。在军事上用于侦察、通信、制导、测距及定向等；在工业上用于计量、生产过程监测、控制等；在医学上利用热图像诊断疾病；在农业上预报病虫害、调查森林资源、探测森林火灾等；此外，在天文、地理、科学实验等各行各业都会碰到红外探测的问题。

红外探测器根据探测机理的不同，大致可分为光量子探测器和热探测器两大类。常用的光量子探测器有以下三种：光电发射探测器、光电导探测器、光伏探测器。常见的热探测器有：热释电探测器、热敏电阻测辐射热计及热电偶、气动探测器和超导辐射热计等。这两类红外探测器相比，各有特点，光量子探测器的响应波长有选择性，每一种光量子探测器都有特定的响应波段，在此波段外光量子探测器将无响应；热探测器对响应波长无选择性，从可见光到远红外的各种波长的辐射都有同样的灵敏度。其次，光量子探测器的响应时间短，热探测器的响应时间长。

热释电探测器是根据热电效应工作的一类新型的红外热探测器，与其它热探测器相比其响应快、具有工作频率可达几百千赫以上的频率响应特性，远远超过其它热探测器。甚至可以制成响应时间小于微秒级的快速热释电探测器。热释电探测器是一种高阻抗的器件，必须采用高输入阻抗、低噪声、跨导适当的场效应管作前置放大器的第一级。全结构形式的器件一般有两种：一种是完成阻抗变换，其电路如图1a所示。其中101为探测器，102为场效应管，103为源极电阻，输出信号由源极电阻103两端引出。104为场效应管的输入电阻，105为电源。另一种带有放大器，其接电头部件如图1b所示。其中201为探测器，202为放大器，203为电源，204和205为输出端。

热释电探测器的缺点在于：1、使用温度必须在器件的居里温度以下。2、热释电探测器属于交流器件，对恒定辐射无响应。所以入射辐射必须经过调制或使用脉冲光辐射。3、由于受材料限制灵敏度较低。4、在较高频率下，由于介电损耗随频率上升而增加，远不能达到理想的性能。5、体积较大，成本较高。

发明内容

根据上述现有技术部分存在的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种结构简单，具有极高的分辨率和宽光谱响应范围，灵敏度高，成本低，工艺简单的微机械碳纳米管压阻热敏式红外热探测器。

为了实现上述目的，本发明的设计机理是基于碳纳米管的压阻效应和热敏效应及红外吸收特性。在双层微机械上粘结碳纳米管薄膜，双层微机械器件在受到光辐射时出现热挠曲和谐振频率的漂移，从而使粘结在微机械上的碳纳米管产生压阻效应，此外，碳纳米管的压阻因子随温度的升高而变大，更进一步增大了碳纳米管的阻值改变，提高了探测灵敏度，通过对碳纳米管阻值变化的测量实现对辐射光强的探测。

所采用的技术方案是：一种碳纳米管压阻热敏式红外探测器，它包括一由基座围成的框体，其特征在于，在基座的中央设置有一基底材料，在基底材料的上面粘结有碳纳米管薄膜，碳纳米管薄膜的两端有输出信号连线和输出信号连线，基底材料的下面有一层镀膜金属铝。

本实用新型的其它一些特点是，所述的碳纳米管薄膜与基座的框体连接后，表面形成辐射窗口。

所述的基底材料是微悬臂梁或微桥或微膜的双层微机械谐振器结构。

所述的碳纳米管薄膜既通过催化热解法或CVD法直接生长，也可以通过电泳或涂敷或印刷移植法成形。

所述的基底材料选用硅或二氧化硅或氮化硅。

所述的镀膜金属铝也可以是其他镀膜金属。

本实用新型的信号拾取方法可以是静态拾取，也可以是动态拾取，静态拾取一般是利用双层微机械的静热挠曲，由于碳纳米管具有压阻效应，且压阻系数随温度升高而变大，从而通过测量碳纳米管的静态阻值来测量辐射光强，动态拾取是利用微机械谐振器件的谐振频率随温度发生飘移的特点，通过碳纳米管阻值变化频率的漂移感知温度分布来测量辐射光强。

本实用新型的碳纳米管压阻热敏式红外探测器，在微机械谐振器上粘结一层碳纳米管薄膜，作为热敏材料，同时碳纳米管对红外辐射又是强吸收，从而使其具有高的灵敏度和小的噪声等效功率，提高该类探测器的探测能力。

附图说明

图1为热释电探测器外接电路；其中图1a为完成阻抗变换式电路；图1b为带有放大器的电路图；

图2本实用新型一个实施例的碳纳米管方膜谐振器结构俯视图；

图3本实用新型一个实施例的碳纳米管方膜红外探测器结构侧视图；

图4是图2中的基底材料及其粘接的碳纳米管薄膜和镀膜金属铝示意图；

图5是图4的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和发明人依照上述技术方案给出的实施例对本实用新型作进一步详细说明，但并不限于该实施例。

实施例：参见图2～图5，碳纳米管压阻热敏式红外探测器，它包括一由基座4围成的框体，在基座4的中央设置有一基底材料1，在基底材料1的上面粘结有碳纳米管薄膜2，碳纳米管薄膜2的两端有输出信号连线6和输出信号连线7，基底材料1的下面有一层镀膜金属铝3。

碳纳米管薄膜2与基座4的框体连接后，表面形成辐射窗口5。

基底材料1选用方膜材料构成微机械，形成微机械谐振器件，可以是微悬臂梁、微桥和微膜(即方膜或圆膜)等。

本实施例的碳纳米管压阻热敏式红外探测器，按照下述常规工艺制备：

1.双层方膜的制作

双层方膜是将半导体材料如硅、二氧化硅、氮化硅等为基底材料，在其背面蒸铝或金，加工成双层方膜结构，本实施例中基底材料选用氮化硅，镀膜金属选用铝，当然，二氧化硅、硅等都能作为基底材料，镀膜金属也可选用金等形成双层微悬臂梁或微桥结构。

2.碳纳米管薄膜2的制备

碳纳米管既可以通过催化热解法、CVD法直接生长，也可以通过电泳、涂敷、印刷等移植法成形。所用衬底材料可选用硅或二氧化硅或氮化硅等。生成直径为20nm-60nm之间的多壁碳纳米管。碳纳米管用丙酮溶液从衬底上取下来，然后用超声波进行处理，使其分散，用丙酮把碳纳米管和少量纤维素纤维混合在一起，再超声10分钟，使其干燥，形成一个黑色薄膜，用力把薄膜压实，最后剥下薄膜，用环氧树脂把碳纳米管和纤维的混合薄膜牢固的粘在双层方膜的正面，在方膜上引出铝连线。

3.仪器装配

在完成上述步骤后，就获得了碳纳米管压阻热敏式红外探测器，将其固定于基座上，并可进行红外探测。

本实用新型的碳纳米管压阻热敏式红外探测器，其信号的拾取方法可以是静态拾取，也可以是动态拾取，静态拾取一般是利用双层微机械的静热挠曲，由于碳纳米管具有压阻效应，且压阻系数随温度升高而变大，从而通过测量碳纳米管的静态阻值来测量辐射光强；动态拾取是利用微机械谐振器件的谐振频率随温度发生漂移的特点，通过碳纳米管阻值变化频率的漂移感知温度分布来测量辐射光强。

Claims (6)

1.一种碳纳米管压阻热敏式红外探测器，它包括一由基座【4】围成的框体，其特征在于，在基座【4】的中央设置有一基底材料【1】，在基底材料【1】的上面粘结有碳纳米管薄膜【2】，碳纳米管薄膜【2】的两端有输出信号连线【6】和输出信号连线【7】，基底材料【1】的下面有一层镀膜金属铝【3】。

2.如权利要求1所述的碳纳米管压阻热敏式红外探测器，其特征在于，所述的碳纳米管薄膜【2】与基座【4】的框体连接后，表面形成辐射窗口【5】。

3.如权利要求1所述的碳纳米管薄膜红外探测器，其特征在于，所述的基底材料【1】是微悬臂梁或微桥或微膜的双层微机械谐振器结构。

4.如权利要求1所述的碳纳米管压阻热敏式红外探测器，其特征在于，所述的碳纳米管薄膜【2】既通过催化热解法或CVD法直接生长，也可以通过电泳或涂敷或印刷移植法成形。

5.如权利要求1所述的碳纳米管压阻热敏式红外探测器，其特征在于，所述的基底材料【1】选用硅或二氧化硅或氮化硅。

6.如权利要求1所述的碳纳米管压阻热敏式红外探测器，其特征在于，所述的镀膜金属铝【3】也可以是金或其他镀膜金属。

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