本发明涉及一种红外光检测器，其具有载体膜(2)以及固定在所述载体膜(2)上彼此横卧的至少两个传感器芯片(4、5)，所述载体膜(2)具有在所述传感器芯片(4、5)之间彼此平行而布设的至少两排孔(21、22)，所述排孔(21、22)各自具有接连地定位的多个孔(24、15；26、27)；其中所述一排孔(21)的所述孔(24、25)相对于所述邻近的另一排孔(22)的所述孔(26、27)交错排列；借此所述排孔(21、22)阻碍在所述载体膜中从所述一个传感器芯片(4)到所述另一传感器芯片(5)的热传递。
1.一种红外光检测器，其中具有载体膜(2)以及在所述载体膜(2)上彼此附接的至少两个传感器芯片(4、5)，所述载体膜(2)具有在所述传感器芯片(4、5)之间彼此平行而布设的至少两个孔轨迹(21、22、23)，所述孔轨迹(21、22、23)各自具有接连地定位的多个孔(24、25；26、27；28、29)；其中一个孔轨迹(21)的所述孔(24、25)相对于邻近的另一孔轨迹(22)的所述孔(26、27)偏移；借此所述孔轨迹(21、22)阻碍在所述载体膜(2)中从一个传感器芯片(4)到另一传感器芯片(5)的热传导；其中提供至少一个热导体条带(17、18)，其布设在所述载体膜(2)的面向所述传感器芯片(4、5)的一侧上的所述传感器芯片(4、5)之间，所述热导体条带(17、18)与所述载体膜(2)相比热传导率较高，且经由所述载体膜(2)以热传导方式与所述传感器芯片(4、5)连接，使得可用所述热导体条带(17、18)耗散来自所述传感器芯片(4、5)的热，借此所述传感器芯片(4、5)的响应时间较低；其中所述热导体条带(17、18)为薄膜条带。
2.根据权利要求1所述的红外光检测器，其中至少一个肋状物(14)附接到所述载体膜(2)的背离所述传感器芯片(4、5)的一侧上，布设在所述传感器芯片(4、5)之间，所述肋状物(14)与所述载体膜(2)相比热传导率较高，且经由所述载体膜(2)以热传导的方式与所述传感器芯片(4、5)连接，使得可用所述肋状物(14)从所述传感器芯片(4、5)耗散热，借此所述传感器芯片(4、5)的所述响应时间较低。
3.根据权利要求2所述的红外光检测器，其中所述肋状物(14)的从所述载体膜(2)伸出的延伸段(16)至少对应于所述载体膜(2)的厚度(3)。
4.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的红外光检测器，其中在所述载体膜(2)中所述孔(24到29)中的至少一者形成盲孔，且在所述载体膜(2)的朝向所述传感器芯片(4、5)的所述侧上开口；且/或在所述载体膜(2)中所述孔(24到29)中的至少一个其它者形成盲孔，且在所述载体膜(2)的背离所述传感器芯片(4、5)的一侧上开口；且/或在所述载体膜(2)中的至少一个额外的孔(24到29)形成为通孔。
5.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的红外光检测器，其中所述孔(24到29)中的至少一者具有圆形横截面。
6.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的红外光检测器，其中所述孔(24到29)中的至少一者具有椭圆形横截面。
7.根据权利要求6所述的红外光检测器，其中所述椭圆形横截面的主半轴与有关的孔轨迹(21、22、23)的曲线对准。
8.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的红外光检测器，其中在所述载体膜(2)上的所述两个传感器芯片(4、5)之间提供彼此紧邻且彼此平行而布设的至少两个孔轨迹(21、22、23)。
9.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的红外光检测器，其中在所述载体膜(2)中提供所述孔轨迹(21、22、23)中的三者，所述孔轨迹(21、22、23)的所述孔(24到29)以一方式偏移使得中间的孔轨迹(22)的所述孔(26、27)中的每一者分别布置在由紧邻中间的孔(26)的其它孔轨迹(22、23)的孔(24、25、28、29)形成的四边形的中心。
10.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的红外光检测器，其中所述传感器芯片(4、5)的长度和/或宽度处于30μm到900μm的范围中，且所述孔(24到29)的直径处于
11.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的红外光检测器，其中在所述孔轨迹(21、22、23)中的任一者中的孔间距离处于有关的孔(24到29)的直径的0.5倍到2倍的范围内。
12.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的红外光检测器，其中从所述一个孔轨迹(21)的所述孔(24、25)中的一者到所述另一孔轨迹(22)中的紧邻一个孔(24、25)的另一孔(26、27)的距离处于有关的孔(24到29)的直径的0.1倍到2倍的范围内。
具高解析度的红外光检测器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种具有高分辨率和高结构密度的红外光检测器。
背景技术
[0002] 使用红外光来检测气体是已知的。在有合适的光源的情况下，用红外光来暴露待检测的气体，其中红外光的一部分被气体吸收，使得残余的光剩余下来。可用红外光传感器来测量残余的光，使用所述红外光传感器可检测残余的光的波长范围和/或强度，并相应地将残余的光转换为电信号。假设有合适的评估，那么便可基于电信号来推断经检测气体的类型和内容物。
[0003] 红外光检测器具有在载体膜上布置成栅格布置的多个传感器芯片。传统上由具有热电敏材料(例如，锆钛酸铅(PZT))的层产生传感器芯片。传统上由硅产生载体膜。传感器芯片与电极电子地接线，其中电极(举例来说)是由吸收红外辐射的铂或铬镍合金产生的。
[0004] 传感器芯片附接到载体膜，并以热传导的方式与其接触。传感器芯片因此经由载体膜以热传导的方式彼此耦合。通过载体膜从一个传感器芯片到另一传感器芯片的热传导由载体膜的热传导率以及载体膜的厚度界定。如果所述传感器芯片中的一者暴露于红外光，那么由于传感器芯片吸收红外光的缘故，所述传感器芯片被加热。所述热经由热传导从传感器芯片传送到载体膜，其中在载体膜和其它传感器芯片中发生温度均一化。(例如)由于瞬时的红外光暴露的缘故而未激活的传感器芯片由位于其周围的不同传感器芯片加热，这结果是此传感器芯片的不需要的激活。此效应被称为热串扰，且希望在红外光检测器中尽可能地抑制热串扰，使得红外光检测器具有高分辨率。
[0005] 已知将若干个传感器芯片之间的距离选择为尽可能大来减少热串扰的消极影响。从而实现了在给定在载体膜中提供的温度梯度的情况下由布置在邻近的若干传感器芯片对一传感器芯片的加热可保持在可容忍的范围内。然而，此措施的缺点在于红外光检测器的面积延伸由于传感器芯片之间的较大距离的缘故而过大。
发明内容
[0006] 本发明的目的是实现一种具有高分辨率和高集成密度两者的红外光检测器。
[0007] 根据本发明的红外光检测器具有载体膜以及在载体膜上彼此附接的至少两个传感器芯片，所述载体膜具有在传感器芯片之间彼此平行而布设的至少两个孔的轨迹(即，孔轨迹)，所述孔轨迹分别具有接连地定位的多个孔；其中一个孔轨迹的孔相对于邻近的另一孔轨迹的孔偏移，即，与邻近的其它孔轨迹的孔交错；其中孔轨迹阻碍在载体膜中从一个传感器芯片到另一传感器芯片的热传导。
[0008] 从一个传感器芯片到另一传感器芯片的热传导发生于载体膜的材料中。由于载体膜的材料在孔轨迹的孔处被移除，所以经由所述孔来抑制热传导。因此仅载体膜的位于孔之间的材料剩余下来，以用于从一个传感器芯片到另一传感器芯片的热传递。邻近的孔轨迹的孔是偏移的，借此从一个传感器芯片到另一传感器芯片通过载体膜的材料的距离在孔轨迹的区域中蜿蜒地漂移，且因此被设计成比两个传感器芯片之间的直线连接更长。由于此原因，从一个传感器芯片到另一传感器芯片的热传导路径延伸通过载体膜的材料。因此由具有较高温度的传感器芯片输入到具有较低温度的一个传感器芯片中的热较小。因此由于热交换的缘故的传感器芯片的串扰减少。因此红外光检测器的空间分辨率较高，其中载体膜的传感器芯片填充密度较高。
[0009] 载体膜的具备孔轨迹的区域使两个邻近的传感器芯片热绝缘，因为较小量的热从一个传感器芯片传递到另一传感器芯片。由于此原因，可通过辐射热快速地对传感器芯片加热，借此在辐射热入射到传感器芯片上时传感器芯片的电信号以有利的方式急剧增加。根据本发明的红外光检测器因此具有较短的响应时间。
[0010] 由于载体膜中有孔轨迹的孔，因此载体膜经设计以便穿孔，其中载体膜的强度减弱。然而，载体膜的强度由于孔的偏移布置的缘故而足够高。借此在红外光检测器的制造中废品率较低。
[0011] 根据本发明，还有一种情况是，提供至少一个热导体条带，其布设在载体膜的面向传感器芯片中的一者的一侧上的传感器芯片之间，所述热导体条带与载体膜相比热传导率较高，且经由载体膜以热传导方式与传感器芯片连接，使得可用热导体条带从传感器芯片耗散热，借此传感器芯片的响应时间较低。
[0012] 归因于孔轨迹的绝缘效应，在结束热辐射时，传感器芯片仅可通过经由载体膜的热排放而缓慢冷却。结果是，在传感器芯片上没有热辐射时电信号的下降是平坦的。热导体条带的提供实现了补救，用所述热导体条带可从传感器芯片快速带走热，使得归因于借助于热导体条带的热交换，传感器芯片在没有热辐射时通过经由热导体条带的热交换而迅速冷却。因此在传感器芯片处没有热辐射时电信号的下降是急剧的。因此即使红外光检测器可能具有高的传感器芯片填充密度，红外光检测器的响应时间也较低。
[0013] 而且，根据本发明，热导体条带为薄膜条带。薄膜条带可有利地附接在载体膜上，布设在传感器芯片中的一者与孔轨迹之间，其中薄膜条带不需要垂直于载体膜而伸出传感器元件。热经由载体膜从邻近于薄膜条带的传感器芯片传递到所述薄膜条带且在所述薄膜条带中被耗散，使得在载体膜的提供有孔轨迹的区域处仅可实现减少的热流。
[0014] 至少一个肋状物优选地附接到载体膜的背离所述传感器芯片的侧上，布设在传感器芯片之间，所述肋状物与载体膜相比热传导率较高，且经由载体膜以热传导的方式与传感器芯片连接，使得可用肋状物从传感器芯片耗散(即，排放)热，借此传感器芯片的响应时间较低。由于肋状物布置在载体膜的背离传感器芯片的侧上，所以肋状物可优选地附接在载体膜的其中提供有孔轨迹的区域中。因此由肋状物来耗散热流的通过载体膜的具有孔轨迹的区域的一部分，使得减少经由载体膜的具有孔轨迹的区域从一个传感器芯片传递到另一传感器芯片的热流。
[0015] 还优选的是，在载体膜中的孔中的至少一者形成盲孔，且在载体膜的朝向传感器芯片的一侧上开口；且/或在载体膜中的孔中的至少一个其它者形成盲孔，且在载体膜的背离传感器芯片的一侧上开口；且/或载体膜中的至少一个额外的孔形成为通孔。如果所述孔中的一者设计为盲孔，那么盲孔便不完全穿透载体膜。载体膜因此具有稳定的结构，借此增加载体膜的在孔轨迹的区域中的强度。举例来说，如果载体膜由两个或两个以上的层组成，那么可(举例来说)为一个层选择二氧化硅(SiO2)，且为另一层选择氮化硅(Si2Ni3)。氮化硅与二氧化硅相比热传导率较高，使得在载体膜中热传导主要发生在氮化硅层中。举例来说，如果盲孔的尺寸经设定以使其穿透氮化硅层，那么孔轨迹的热障效应便较高，其中然而在盲孔的区域中剩余的二氧化硅层的稳定效应导致载体膜的强度较高。而且，在红外光检测器的生产和安装中可接受或者可分别有利地调节在载体膜的一侧与载体膜的另一侧之间的压力差，因为在孔形成为盲孔的情况下不能经由载体膜发生压力补偿。
[0016] 所述孔中的至少一者具有圆形横截面，其中或者所述孔中的至少一个其它者具有椭圆形横截面。因此减少由在载体膜中提供孔轨迹的孔造成的凹口应力效应，此载体膜借此具有较高强度。椭圆形横截面的主半轴优选与有关的孔轨迹的路线对准。因此在有关的孔轨迹的个别孔之间，载体膜材料的强度减少，借此减少通过载体膜的横断孔轨迹的热流。
[0017] 优选在两个传感器芯片之间提供紧靠彼此而定位且彼此平行而布设的至少两个孔轨迹。较优选的是，提供三个孔轨迹，所述孔轨迹的孔以一方式偏移使得中间的孔轨迹的孔中的每一者分别布置在由其它孔轨迹的紧邻中间孔的孔形成的四边形的中心中。因此用所述孔形成其中载体膜中的热障效应和载体膜的强度两者均较高的紧凑式布置。传感器芯片的长度和/或宽度优选地处于30μm到900μm的范围内，且孔的直径优选地处于100nm到50μm的范围内。还优选的是，在孔轨迹中的一者中的孔间距离处于有关的孔的直径的0.5倍到2倍的范围内。而且，从一个孔轨迹的孔中的一者到另一孔轨迹中的另一孔(所述另一孔紧邻所述孔)的距离处于有关的孔的直径的0.1倍到2倍的范围内。
附图说明
[0018] 下文中使用所附的示意图阐释根据本发明的红外光检测器的优选示范性实施例。所展示的有：
[0019] 图1为红外光检测器的平面图，
[0020] 图2为来自图1的细节A，以及
[0021] 图3到图5为红外光检测器的多个示范性实施例的横截面。
具体实施方式
[0022] 从图1到图5中明白，红外光检测器1具有经设计具有膜厚度3的载体膜2。载体膜2形成用于第一传感器芯片4、第二传感器芯片5以及第三传感器芯片6的衬底。在图1、图3到图5中，传感器芯片4到6以等距离方式彼此靠近而附接。支撑框架7提供于所述载体膜2的外部边缘上，在载体膜2下侧上，其围绕载体膜2并支撑载体膜2。
[0023] 传感器芯片4到6包括热电材料，使得在用红外光对其进行暴露时-尤其在介于3μm到20μm之间的波长范围中-在传感器芯片4到6处存在对应的电信号。在用红外光对传感器芯片4到6进行暴露时，红外光被传感器芯片4到6吸收，使得传感器芯片4到
6变热。考虑到对传感器芯片4到6的不同加热，发生传感器芯片4到6的串扰，这对于红外光检测器1的测量精度是不利的。为了削减传感器芯片4到6的串扰，分别在第一传感器芯片4与第二传感器芯片5之间以及在第二传感器芯片5与第三传感器芯片6之间提供热障8。热障具有第三孔轨迹23，其中孔轨迹21到23彼此平行而布设且面向传感器芯片
4到6的侧面。孔轨迹21到23布置在相应的传感器芯片4到6之间的中心，并在纵向方向上延伸，使得热障8在其纵向端部处从传感器芯片4到6突出到载体膜2的纵向端部中。
孔轨迹21到23由一行孔形成，其中每一孔轨迹的孔具有椭圆形横截面，所述椭圆形横截面的较大直径与相应的孔轨迹21到23的路线对准。
[0024] 在图2中将第一孔轨迹21的第一孔24和第二孔25、第二孔轨迹22的第三孔26和第四孔27、以及第三孔轨迹23的第五孔28和第六孔29作为实例而展示。孔轨迹21到23以及其孔24到29经布置成偏移的，其中孔24、25、28、29布置在假想的四边形的拐角处，且第三孔26布置在此四边形的中心点处。在第一孔24与第二孔25之间形成载体膜2的网，所述网在第一孔24与第三孔26、第三孔26与第五孔28、以及第五孔28与第六孔29之间继续。设计所述网以使得其路径漂移，其中在传感器芯片4到6中的两者之间沿着所述网发生热交换。由于网的漂移路径的缘故，热传导的路径-举例来说，从第一传感器芯片4到第二传感器芯片5——与所述第一传感器芯片4与所述第二传感器芯片5之间的距离相比是延伸的。因此从第一传感器芯片4(如果其与第二传感器芯片5相比受热更显著)到传感器芯片5中的热输入减少，借此热障8阻碍从第一传感器芯片4到第二传感器芯片5的热传递。因此减少从第一传感器芯片4到第二传感器芯片5的串扰。热障8在其它传感器芯片5、6之间以类似的方式起作用。
[0025] 图1中的截面B-B展示于图3中。孔24到29形成为各自具有盲孔底座10的若干个盲孔。载体膜2的材料在盲孔底座10处形成为底板12。底板12的横截面由膜厚度3与盲孔深度12之间的差导致。由于网横截面13小于膜厚度3，所以通过载体膜2的横断热障8的热传递减少。
[0026] 在图4中，以热传导的方式与载体膜2连接的肋状物14布置在所述载体膜2上，处于热障8下方。通过底板12的热因此由肋状物14耗散，且可输出到肋状物14的周围或输出到与肋状物14毗连且物理接触的组件。肋状物14因此具有散热片的功能，其热性质尤其由肋状物宽度15和肋状物高度16限定。
[0027] 在图4中的另一实施例中，第一薄膜条带17附接在载体膜2上在第二传感器芯片5与热障8之间，且第二薄膜条带18附接在载体膜2上在第三传感器芯片6与热障8之间。
可用薄膜条带17、18从传感器芯片5、6带走热。薄膜条带17、18的材料的热传导系数优选高于载体膜2的材料的热传导系数。薄膜条带17、18充当散热片，其热性质由薄膜条带高度19和薄膜条带宽度20界定。
[0028] 在图5中的另一实施例中，第一热障8和第二热障9彼此靠近而布置在第一传感器4与第二传感器5之间。类似于图4，肋状物14布置在第一热障8与第二热障9之间。可因此通过肋状物14来排放热的已通过第一热障8和/或第二热障9的部分。在图5中的另一实施例中，薄膜条带17位于第一热障8与第二热障9之间。可用薄膜条带17来排放已通过第一热障8和/或第二热障9的热。
