FR3128286A1 - Detecteur microbolometrique a reactivite spectrale ajustable - Google Patents
Detecteur microbolometrique a reactivite spectrale ajustable Download PDFInfo
- Publication number
- FR3128286A1 FR3128286A1 FR2210402A FR2210402A FR3128286A1 FR 3128286 A1 FR3128286 A1 FR 3128286A1 FR 2210402 A FR2210402 A FR 2210402A FR 2210402 A FR2210402 A FR 2210402A FR 3128286 A1 FR3128286 A1 FR 3128286A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- detector
- reflective element
- microbolometric
- reactivity
- base section
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 title claims abstract description 16
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 title claims abstract description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 6
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000001443 photoexcitation Effects 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
- G01J5/20—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using resistors, thermistors or semiconductors sensitive to radiation, e.g. photoconductive devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/08—Optical arrangements
- G01J5/0853—Optical arrangements having infrared absorbers other than the usual absorber layers deposited on infrared detectors like bolometers, wherein the heat propagation between the absorber and the detecting element occurs within a solid
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/0225—Shape of the cavity itself or of elements contained in or suspended over the cavity
- G01J5/023—Particular leg structure or construction or shape; Nanotubes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/08—Optical arrangements
- G01J5/084—Adjustable or slidable
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
DETECTEUR MICROBOLOMETRIQUE A REACTIVITE SPECTRALE AJUSTABLE
La présente invention concerne un détecteur microbolométrique à réactivité spectrale ajustable, comprenant un élément réfléchissant (5) situé entre un corps de pixel suspendu (3) et une section de base (4), un bras bimétallique (6), dont une extrémité est reliée à une extrémité de l'élément réfléchissant (5) et l'autre extrémité est reliée à la section de base (4) par l’intermédiaire d’une connexion d'électrode, dont la température est augmentée par le passage d'un courant à travers celui-ci, et configuré pour changer la hauteur de l'élément réfléchissant (5) en se dilatant avec l'augmentation de température.
Figure à publier avec l’abrégé : Figure 3
Description
La présente invention concerne un détecteur microbolométrique à réactivité spectrale ajustable.
En particulier, la présente invention concerne un détecteur microbolométrique à réactivité spectrale ajustable à l'aide de bras bimétalliques et d’une couche métallique réfléchissante déplaçable, sans réduire la résistance mécanique du corps de pixel.
Un microbolomètre est un type particulier de bolomètre utilisé comme détecteur dans un imageur thermique. Un rayonnement infrarouge dont les longueurs d'onde sont comprises entre 7,5 et 14 μm est absorbé par le matériau de détecteur et chauffé. Ainsi, cela change la résistance électrique. Ce changement de résistance est mesuré, et les signaux sont traités pour créer une image. Contrairement à d'autres types d'équipements de détection infrarouge, les microbolomètres ne nécessitent pas de refroidissement.
Dans l'état de la technique, il est possible de détecter dans diverses bandes en produisant des structures de pixels microbolométriques ayant une réactivité spectrale différente. Des structures de détecteur de plus grande surface sont utilisées dans ce procédé car le premier de ces procédés nécessite la microfabrication de deux types différents de structures de pixels. Cela conduit à des conceptions complexes en électronique de circuit de lecture. Dans un autre procédé, la sélectivité spectrale peut être ajustée en utilisant des corps de pixel mobiles. Cependant, ce procédé peut créer des situations négatives en termes de résistance mécanique.
Suite à une recherche effectuée dans l'état de la technique, le document numéroté US7262413B2 a été trouvé. La demande concerne un détecteur infrarouge bolométrique photoconducteur utilisant un matériau de détecteur dont la résistance change en raison d’une photo-excitation et d’une excitation thermique provenant d'un rayonnement entrant dans la plage infrarouge. Cependant, la demande ne mentionne pas de détecteur microbolométrique à réactivité spectrale ajustable à l'aide d’une couche métallique réfléchissante déplaçable.
En conséquence, en raison des inconvénients susmentionnés et de l'insuffisance des solutions actuelles en la matière, il est nécessaire de procéder à un développement dans le domaine technique concerné.
L'invention vise à résoudre les inconvénients susmentionnés en s'inspirant des conditions actuelles.
L'invention vise à permettre de changer de manière contrôlée la distance entre le corps de pixel et la couche réfléchissante à l'aide de la couche métallique déplaçable. Ainsi, la valeur de réactivité sera ajustée au maximum.
À cet effet, la présente invention concerne un détecteur microbolométrique à réactivité spectrale ajustable, comprenant : - un élément réfléchissant situé entre un corps de pixel suspendu et une section de base, - un bras bimétallique, dont une extrémité est reliée à une extrémité de l'élément réfléchissant et l'autre extrémité est reliée à la section de base par l’intermédiaire d’une connexion d'électrode, dont la température est augmentée par le passage d'un courant à travers celui-ci, et configuré pour changer la hauteur de l'élément réfléchissant en se dilatant avec l'augmentation de température.
Avantageusement, le bras bimétallique contient des structures en métal/alliage métallique avec des coefficients de dilatation différents.
Pour mieux illustrer l’objet de la présente invention, on va en décrire ci-après, à titre illustratif et non limitatif, des modes de réalisation préférés en référence aux dessins annexés. Sur ces dessins :
Chiffres de référence
- Section d'absorption
- Matériau actif
- Corps de pixel
- Section de base
- Circuit de lecture
- Élément réfléchissant
- Bras bimétallique
- Connexion d'électrode
Dans cette description détaillée, les modes de réalisation préférés de l'invention sont décrits uniquement pour clarifier le sujet de façon à ne pas créer d'effet limitatif.
Les détecteurs microbolométriques sont des structures de détecteur thermiquement isolées par l’intermédiaire de bras de conduction à partir de la base. La montre la structure de base du pixel microbolométrique. Ainsi, la section de base 4 comprend le circuit de lecture (a) réalisé en silicium ; la partie supérieure comprend la section d'absorption 1, le matériau actif 2 et le corps de pixel 3, respectivement.
Un rayonnement infrarouge arrivant sur le détecteur est absorbé par la structure de pixel microbolométrique et augmente la température du corps de pixel 3. Cette augmentation de température amène la structure de résistance définie en tant que matériau actif 2 à chauffer et change la valeur de résistance du matériau actif. Ce changement de résistance est converti en un signal électrique et détecté à l'aide du circuit de lecture (a), et une image infrarouge est obtenue.
La réactivité spectrale des détecteurs microbolométriques est déterminée par la distance entre le corps de pixel suspendu 3 et l'élément métallique réfléchissant 5 fixé à la section de base 4. Cette distance est utilisée pour déterminer la région où la réactivité spectrale du détecteur sera maximale, de manière similaire au principe de fonctionnement des résonateurs de Fabry-Perot. Pour le cas où la longueur d'onde est de 10 µm, cette distance correspond à la distance de 2,5 µm selon la méthode λ/4. Cette distance peut être ajustée et la région où la réactivité spectrale sera maximale peut être changée à l'aide de la présente invention.
La distance entre le corps de pixel 3 et la section de base 4 peut être changée de manière contrôlée au moyen de l'élément réfléchissant 5 dans la présente invention. Comme on peut le voir sur la , la hauteur de l'élément réfléchissant 5 peut être ajustée au moyen du bras bimétallique 6 relié à ses deux extrémités. Une extrémité du bras bimétallique 6 est reliée à une extrémité de l'élément réfléchissant 5 et l'autre extrémité est reliée à la section de base 4 par l’intermédiaire de la connexion d'électrode 7. Ainsi, la région où la valeur de réactivité sera maximale peut être ajustée en changeant la distance entre le corps de pixel 3 et l'élément réfléchissant 5 de manière contrôlée.
Comme on peut le voir sur la , le bras bimétallique 6 est plié et l'élément réfléchissant 5 est rapproché du corps de pixel 3, amenant la structure de résonateur à se décaler vers des longueurs d'onde plus petites avec l'augmentation de température.
Les résultats de simulation du changement de réactivité en fonction de la distance entre le corps de pixel 3 et l'élément réfléchissant 5 sont donnés en .
Afin d'augmenter la température du bras bimétallique 6, on fait passer un courant à travers celui-ci. De la chaleur par effet Joule est créée sur la structure et, ainsi, la température du bras bimétallique 6 est augmentée de manière contrôlée avec le courant appliqué. L'élément réfléchissant 5 se déplace, à l'aide des structures en métal/alliage métallique avec des coefficients de dilatation différents dans le bras bimétallique 6, avec l'augmentation de température. Cela permet d’ajuster la réactivité spectrale en contrôlant la distance entre l'élément réfléchissant 5 et le corps de pixel 3 en fonction du courant appliqué.
Claims (2)
- Détecteur microbolométrique à réactivité spectrale ajustable, caractérisé par le fait qu'il comprend :
- un élément réfléchissant (5), situé entre un corps de pixel suspendu (3) et une section de base (4),
- un bras bimétallique (6), dont une extrémité est reliée à une extrémité de l'élément réfléchissant (5) et dont l'autre extrémité est reliée à la section de base (4) par l’intermédiaire d’une connexion d'électrode (7), dont la température est augmentée par le passage d’un courant à travers celui-ci, et configuré pour changer la hauteur de l'élément réfléchissant (5) en se dilatant avec l'augmentation de température. - Détecteur microbolométrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le bras bimétallique (6) contient des structures en métal/alliage métallique avec des coefficients de dilatation différents.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TR2021016033 | 2021-10-14 | ||
| TR2021/016033 TR2021016033A1 (tr) | 2021-10-14 | Ayarlanabi̇li̇r spektral tepki̇selli̇ğe sahi̇p mi̇krobolometre dedektör |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3128286A1 true FR3128286A1 (fr) | 2023-04-21 |
| FR3128286B1 FR3128286B1 (fr) | 2024-11-29 |
Family
ID=85988776
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR2210402A Active FR3128286B1 (fr) | 2021-10-14 | 2022-10-11 | Detecteur microbolometrique a reactivite spectrale ajustable |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240192058A1 (fr) |
| FR (1) | FR3128286B1 (fr) |
| WO (1) | WO2023063913A2 (fr) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AUPQ897600A0 (en) * | 2000-07-25 | 2000-08-17 | Liddiard, Kevin | Active or self-biasing micro-bolometer infrared detector |
| US8629398B2 (en) * | 2008-05-30 | 2014-01-14 | The Regents Of The University Of Minnesota | Detection beyond the standard radiation noise limit using spectrally selective absorption |
| US11118981B2 (en) * | 2018-04-17 | 2021-09-14 | The Curators Of The University Of Missouri | Frequency-selective metasurface integrated uncooled microbolometers |
-
2022
- 2022-10-11 WO PCT/TR2022/051116 patent/WO2023063913A2/fr active Application Filing
- 2022-10-11 US US18/550,981 patent/US20240192058A1/en active Pending
- 2022-10-11 FR FR2210402A patent/FR3128286B1/fr active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3128286B1 (fr) | 2024-11-29 |
| WO2023063913A2 (fr) | 2023-04-20 |
| WO2023063913A3 (fr) | 2023-07-20 |
| US20240192058A1 (en) | 2024-06-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Eriksson et al. | Thermal characterization of surface-micromachined silicon nitride membranes for thermal infrared detectors | |
| EP2414815B1 (fr) | Imagerie téra-hertz à convertisseur thermique perfectionné | |
| US20070176104A1 (en) | Multi-spectral uncooled microbolometer detectors | |
| FR2487513A1 (fr) | Appareil de mesure de la temperature superficielle d'un objet se trouvant dans un four | |
| FR2934044A1 (fr) | Detecteur bolometrique d'ondes electromagnetiques. | |
| FR2999803A1 (fr) | Dispositif de detection infrarouge | |
| Kimata | Trends in small-format infrared array sensors | |
| Lin et al. | CMOS MEMS thermoelectric infrared sensor with plasmonic metamaterial absorber for selective wavelength absorption and responsivity enhancement | |
| Dong et al. | An uncooled optically readable infrared imaging detector | |
| CN105823732B (zh) | 用于确定介质的吸收特性的方法、装置和传感器 | |
| Fujisawa et al. | Multi-color imaging with silicon-on-insulator diode uncooled infrared focal plane array using through-hole plasmonic metamaterial absorbers | |
| FR3128286A1 (fr) | Detecteur microbolometrique a reactivite spectrale ajustable | |
| US8440972B2 (en) | Radiation detector with microstructured silicon | |
| EP0930486A1 (fr) | Capteur de mesure d'une temperature et/ou d'une concentration | |
| WO2016071571A1 (fr) | Procédé et système de mesure optique | |
| FR2472803A1 (fr) | Procede d'adaptation des antennes d'un radar acoustique et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede | |
| Keskin et al. | The first fabricated dual-band uncooled infrared microbolometer detector with a tunable micro-mirror structure | |
| CN107990989A (zh) | 热电堆红外探测器及其制备方法 | |
| Torun et al. | Uncooled thermo-mechanical detector array with optical readout | |
| Gupta et al. | Design optimization of Pixel Structure for [alpha]-Si based uncooled Infrared detector | |
| EP4388288A2 (fr) | Détecteur microbolomètre à réactivité spectrale réglable | |
| TR2021016033A1 (tr) | Ayarlanabi̇li̇r spektral tepki̇selli̇ğe sahi̇p mi̇krobolometre dedektör | |
| Torun et al. | Uncooled thermo-mechanical detector array with optical readout | |
| Strikwerda et al. | Metamaterial based terahertz detector | |
| Ma et al. | Uncooled focal plane array for multiband IR imaging using optical-readout bimaterial cantilevers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20240426 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |