CN106595876A - 集成有效元与光学参考元的像素以及微测辐射热计 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及红外探测，提供一种集成有效元与光学参考元的像素，包括衬底以及有效元，有效元包括第一桥面层、第一桥腿层以及第一锚柱，还包括光学参考元以及反射层，光学参考元包括第二桥面层、第二桥腿层以及第二锚柱，第二桥面层位于第一桥面层与衬底之间，且反射层位于第二桥面层与第一桥面层之间；还提供一种微测辐射热计，包括上述像素。本发明中，在有效元与衬底之间增设有光学参考元，光学参考元镜像有效元电流对探测器的温度且能够对该温度时时校正，保证有效元处于适宜温度下工作，且可以保证电学接触读取信号不被电路中的导线长短而影响，减小误差，另外这种结构的像素摒弃了对TEC的使用，进而使得微测辐射热计的制备成本大大降低。

Description

集成有效元与光学参考元的像素以及微测辐射热计
技术领域
本发明涉及红外探测，尤其涉及一种集成有效元与光学参考元的像素以及微测辐射热计。
背景技术
微测辐射热计通常是电阻性光敏元，其中有效元是当红外輻射入射到光敏元后，光敏材料的温度升高，引起光敏材料电阻发生变化从而使外部处理电路能够探测到相应电阻变化引起的微弱电流变化，从而达到红外探测的目的；而光学参考元不接受红外辐射，其去除探测器中的无效电流信号和衬底导向的无效信号，镜像有效元电流对探测器温度时时校正。目前，在微测辐射热计中，每一像素中只具有有效元，当环境温度变化时，有效元难以在适宜的环境温度内工作，有些需要借助TEC(半导体致冷器)来调节，其不但增加了像素结构，而且成本大大提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种集成有效元与光学参考元的像素，旨在用于解决现有的微测辐射热计中环境温度容易变化影响有效元工作的问题。
本发明是这样实现的：
本发明实施例提供一种集成有效元与光学参考元的像素，包括衬底以及安设于所述衬底上的有效元，所述有效元包括第一桥面层、与所述第一桥面层电连接的第一桥腿层以及连接所述第一桥腿层与所述衬底的第一锚柱，还包括光学参考元以及反射层，所述光学参考元包括第二桥面层、与所述第二桥面层电连接的第二桥腿层以及连接所述第二桥腿层与所述衬底的第二锚柱，所述第二桥面层位于所述第一桥面层与所述衬底之间，且所述反射层位于所述第二桥面层与所述第一桥面层之间。
进一步地，所述第一锚柱与所述第二锚柱均为两根，且两个所述第一锚柱位于所述衬底的其中一条对角线上，两个所述第二锚柱位于所述衬底的另外一条对角线上。
进一步地，所述反射层通过若干支撑层支撑于所述衬底上。
进一步地，所述反射层的每一边沿均连接有两个或者三个所述支撑层。
进一步地，每一所述支撑层与相邻的另一所述支撑层之间或者与相邻的所述第一锚柱之间或者与相邻的所述第二锚柱之间均具有间距，且该间距均为2um-5um
进一步地，所述第二桥面层与所述反射层之间的真空间隙为0.5um-1um。
进一步地，所述第二桥腿层与所述衬底之间的真空间隙为0.5um-1um。
进一步地，所述反射层与所述第一桥面层之间的真空谐振腔的高度为1um-2.5um。
进一步地，所述第二桥面层的面积、厚度以及材料均与所述第一桥面层相同，且所述第二锚柱的热导与所述第一锚柱的热导相同。
本发明实施例还提供一种微测辐射热计，包括上述的集成有效元与光学参考元的像素。
本发明具有以下有益效果：
本发明的集成有效元与光学参考元的像素中，在有效元与衬底之间增设有光学参考元，红外探测的热信号由有效元吸收，光学参考元不吸收热信号，且当由热信号透过第一桥面层时，反射层可以将其全反射至第一桥面层上，反射层可以对第二桥面层起到遮挡作用，当将其应用于微测辐射热计中，光学参考元可以镜像有效元电流对探测器温度且时时校正，使得有效元在适宜温度内工作，而且将有效元和光学参考元集成同一像素中，有效元与光学参考元一一对应，其可以保证电学接触读取信号不被电路中的导线长短而影响，减小误差，同时还能够减小整体芯片的面积，可以增加芯片上裸片的个数，摒弃对TEC的使用，从而大幅降低微测辐射热计的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的集成有效元与光学参考元的像素的结构示意图；
图2为图1的集成有效元与光学参考元的像素的剖面图；
图3为图1的集成有效元与光学参考元的像素的光学参考元的结构示意图；
图4为图1的集成有效元与光学参考元的像素的光学参考元上设置有反射层的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种集成有效元与光学参考元的像素，包括衬底1以及有效元2，衬底1上设置有读出电路，有效元2则是用于吸收热信号，有效元2安设于衬底1上，且两者之间为电连接，具体地，有效元2包括第一桥面层21、第一桥腿层22以及第一锚柱23，第一桥面层21为有效元2主要的热信号吸收部位，第一桥腿层22与第一桥面层21位于同一面层内，第一桥腿层22与第一桥面层21电连接且第一桥腿层22环绕第一桥面层21，第一锚柱23电连接第一桥腿层22与衬底1上的读出电路，同时将第一桥腿层22以及第一桥面层21支撑安装于衬底1上，集成有效元与光学参考元的像素还包括光学参考元3以及反射层4，光学参考元3的结构与有效元2的结构近似，其包括第二桥面层31、第二桥腿层32以及第二锚柱33，第二桥面层31位于第一桥面层21与衬底1之间，且三者相互平行，第二桥腿层32与第二桥面层31位于同一面层内且环绕第二桥面层31，而第二锚柱33则是用于电连接衬底1上的读出电路与第二桥腿层32且可以对第二桥腿层32与第二桥面层31形成支撑安装，另外反射层4位于第一桥面层21与第二桥面层31之间，且与两者均间隔，反射层4与第一桥面层21之间形成真空谐振腔24，可以全反射透过第一桥面层21的热信号。本实施例中，一般，在第一桥面层21内设置有热敏感层，当有红外波时，第一桥面层21可以吸收红外波，进而可以引起其内热敏感层的电阻变化，且在第一桥腿柱以及第一桥腿层22的传递作用下，将该电阻变化传递至衬底1上的读出电路，从而将接收的红外热信号转换成电信号输出，且当有红外波透过第一桥面层21时，通过反射层4可以起到遮挡作用，红外波可以被反射层4全反射至第一桥面层21吸收，而不会直接照射至光学参考元3的第二桥面层31上，此时光学参考元3可以，镜像有效元2电流对探测器的温度且能够时时校正，保证有效元2的工作温度不受环境温度变化的影响，始终处于较适宜的温度范围内，同时可以去除其内的无效电流信号和衬底1导向的无效信号，而且将有效元2和光学参考元3集成同一像素中，有效元2与光学参考元3之间一一对应，其可以保证电学接触读取信号不被电路中的导线长短而影响，减少误差，同时还能够减小整体芯片的面积，增加芯片上裸片的个数，且能够减少对TEC的使用，从而大幅降低微测辐射热计的制备成本。
优化上述实施例，第一锚柱23与第二锚柱33均为两根，且两个第一锚柱23位于衬底1的其中一条对角线上，而两个第二锚柱33位于衬底1的另外一条对角线上。本实施例中，有效元2对应的第一锚柱23与光学参考元3对应的第二锚柱33错开设置，且均位于衬底1的边角上，采用这种结构形式，可以使得第二锚柱33位于第一桥腿层22对应空间的外侧，进而可以控制有效元2的第一桥腿层22以及第一桥面层21可以分别与光学参考层的第二桥腿层32以及第二桥面层31一一对应，衬底1热传导同步进行，衬底1向上传热能量一致，且在第一锚柱23与第二锚柱33的作用下有效元2与光学参考元3同步接收衬底1传导的热量。通过上述结构，还可以控制第二桥面层31的面积、厚度以及材料均与第一桥面层21相同，且控制第二锚柱33的热导与第一锚柱23的热导相同，除了第二锚柱33与第一锚柱23的高度尺寸不同，有效元2与光学参考元3的其它参数均相同，光学参考元3可以完全镜像有效元2电流对探测器温度时时校正，光学参考元3可以无偏差有效元2的电流，红外探测后的图像清晰度非常高。
继续优化上述实施例，位于第一桥面层21与第二桥面层31之间的反射层4通过若干支持层支撑于衬底1上。支撑层41为反射层4的支撑结构，使得反射层4可以定位于第一桥面层21与第二桥面层31之间，且不与两者接触，反射层4与第一桥面层21之间形成真空谐振腔24，与第二桥面层31之间形成真空间隙34，真空谐振腔24的高度控制在1um-2.5um之间，其可以保证透过第一桥面层21的红外波被全反射至第一桥面层21的底面吸收，而第二桥面层31与反射层4之间的真空间隙34控制在0.5um-1um之间，且第二桥腿层32与衬底1之间的真空间隙也为0.5um-1um。另外，对于支撑层41，其沿反射层4的边沿环绕设置，且在反射层4的每一边沿处均连接有两个或者三个支撑层41，而相邻的两个支撑层41之间应间隔设置，即两者之间应具有间距，且每一支撑层41与和其靠近的第一锚柱23或者第二锚柱33也均具有间距，对此每一支撑层41与相邻的部件之间均具有间距，且该间距范围为2um-5um，该间距可以作为光学参考元3的，即光学参考元3绕其边沿具有多个PI(聚酰亚胺)释放口，可以将光学参考元3内的PI完全释放，进而使得光学参考元3与有效元2一样形成真空悬空结构。
本发明实施例还提供一种微测辐射热计，包括有上述的集成有效元与光学参考元的像素。本实施例中，将上述的集成有效元与光学参考元的像素应用于微测辐射热计中，在每一集成有效元与光学参考元的像素内均集成有有效元2与光学参考元3，而光学参考元3可以无偏差镜像有效元2的电流，能够保证电学接触读取信号不被电路中的导线长短而影响，减小产生的误差，而在另一方面可以减小微测辐射热计整体芯片的面积，芯片上裸片的个数增加，从而大幅降低微测辐射热计的制备成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集成有效元与光学参考元的像素，包括衬底以及安设于所述衬底上的有效元，所述有效元包括第一桥面层、与所述第一桥面层电连接的第一桥腿层以及连接所述第一桥腿层与所述衬底的第一锚柱，其特征在于：还包括光学参考元以及反射层，所述光学参考元包括第二桥面层、与所述第二桥面层电连接的第二桥腿层以及连接所述第二桥腿层与所述衬底的第二锚柱，所述第二桥面层位于所述第一桥面层与所述衬底之间，且所述反射层位于所述第二桥面层与所述第一桥面层之间。
2.如权利要求1所述的集成有效元与光学参考元的像素，其特征在于：所述第一锚柱与所述第二锚柱均为两根，且两个所述第一锚柱位于所述衬底的其中一条对角线上，两个所述第二锚柱位于所述衬底的另外一条对角线上。
3.如权利要求1所述的集成有效元与光学参考元的像素，其特征在于：所述反射层通过若干支撑层支撑于所述衬底上。
4.如权利要求3所述的集成有效元与光学参考元的像素，其特征在于：所述反射层的每一边沿均连接有两个或者三个所述支撑层。
5.如权利要求4所述的集成有效元与光学参考元的像素，其特征在于：每一所述支撑层与相邻的另一所述支撑层之间或者与相邻的所述第一锚柱之间或者与相邻的所述第二锚柱之间均具有间距，且该间距均为2um-5um。
6.如权利要求1所述的集成有效元与光学参考元的像素，其特征在于：所述第二桥面层与所述反射层之间的真空间隙为0.5um-1um。
7.如权利要求1所述的集成有效元与光学参考元的像素，其特征在于：所述第二桥腿层与所述衬底之间的真空间隙为0.5um-1um。
8.如权利要求1所述的集成有效元与光学参考元的像素，其特征在于：所述反射层与所述第一桥面层之间的真空谐振腔的高度为1um-2.5um。
9.如权利要求1所述的集成有效元与光学参考元的像素，其特征在于：所述第二桥面层的面积、厚度以及材料均与所述第一桥面层相同，且所述第二锚柱的热导与所述第一锚柱的热导相同。
10.一种微测辐射热计，其特征在于：包括如权利要求1-9任一项所述的集成有效元与光学参考元的像素。
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