本申请公开了一种非制冷红外光谱芯片及其制备方法和红外光谱仪，包括多个不同的第一光谱像元，每个第一光谱像元包括由下至上叠加的第一悬空像元结构和第二悬空像元结构；第二悬空像元结构包括微结构层，微结构层包括多个使第一光谱像元的光谱响应为宽带响应的特征微结构。本申请中的红外光谱芯片包括多个第一光谱像元，第一光谱像元包括第一悬空像元结构和第二悬空像元结构，且第二悬空像元结构包括多个特征微结构，使得第一光谱像元的光谱响应为宽带响应；由于本申请中直接在红外光谱芯片上设置特征微结构，降低入射光在红外探测器上的串扰，提升光谱测量精度，同时还可以提升红外探测器的良率，即提升红外光谱仪的良率。