CN110207818B - 一种偏振红外线探测器结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种偏振红外线探测器结构,包括叠设于衬底上的微桥结构和第一金属光栅结构,所述微桥结构设有微桥桥面和支撑与电连接孔,所述微桥桥面用于探测红外线,所述支撑与电连接孔用于对所述微桥桥面进行支撑,并将所述微桥桥面产生的电信号传导至所述衬底;所述第一金属光栅结构悬设于所述微桥桥面上方,其包括由平行排列的多个第一金属栅条所构成的第一金属光栅,所述第一金属光栅通过第一金属支撑柱与下方的所述支撑与电连接孔电连接。本发明可选择性地将一定方向的偏振光透射到红外探测器的微桥桥面上,从而可辅助实现图形识别等功能,其性能更佳、成本更低、使用更加灵活。

Description

一种偏振红外线探测器结构
技术领域
本发明涉及红外线探测器技术领域,更具体地,涉及一种偏振红外线探测器结构。
背景技术
偏振光可以辅助进行图像的识别,而传统红外线探测器多是利用对入射镜头的处理,无法区别探测偏振方向不同的红外线。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷,提供一种偏振红外线探测器结构。
为实现上述目的,本发明的技术方案如下:
一种偏振红外线探测器结构,包括叠设于衬底上的微桥结构和第一金属光栅结构,所述微桥结构设有微桥桥面和支撑与电连接孔,所述微桥桥面用于探测红外线,所述支撑与电连接孔用于对所述微桥桥面进行支撑,并将所述微桥桥面产生的电信号传导至所述衬底;所述第一金属光栅结构悬设于所述微桥桥面上方,其包括由平行排列的多个第一金属栅条所构成的第一金属光栅,所述第一金属光栅通过第一金属支撑柱与下方的所述支撑与电连接孔电连接。
进一步地,所述第一金属光栅为设于透明介质层上的单层结构,所述透明介质层架设在所述支撑与电连接孔上。
进一步地,所述第一金属光栅为设于透明介质层上下两侧的双层结构,位于所述双层结构上下层中的第一金属栅条一一对应排列,所述透明介质层架设在所述支撑与电连接孔上。
进一步地,所述第一金属支撑柱与所述支撑与电连接孔中设有的金属电极层相连。
进一步地,各所述第一金属栅条的一端通过第一边缘金属条相连在一起,所述第一边缘金属条连接第一金属支撑柱。
进一步地,还包括第二金属光栅结构,所述第二金属光栅结构悬设于所述第一金属光栅结构上方,其包括由平行排列的多个第二金属栅条所构成的第二金属光栅,所述第二金属光栅通过第二金属支撑柱与下方所述微桥结构以外区域的所述衬底连接,所述第二金属栅条与所述第一金属栅条在初始状态时一一对应排列,所述第二金属支撑柱的外侧设有吸引电极;其中,通过所述吸引电极对所述第二金属支撑柱产生静电效应,使所述第二金属光栅与所述第一金属光栅之间形成相对移动,以形成具有多种变化的第三金属栅条线宽的第三金属光栅。
进一步地,还包括第二金属光栅结构,所述第二金属光栅结构悬设于所述第一金属光栅结构上方,其包括由平行排列的多个第二金属栅条所构成的第二金属光栅,所述第二金属光栅通过第二金属支撑柱与下方所述微桥结构以外区域的所述衬底连接,所述第二金属栅条与所述第一金属栅条在初始状态时一一对应排列,所述第二金属支撑柱的外侧设有吸引电极;其中,通过所述吸引电极对所述第二金属支撑柱产生静电效应,使所述第二金属光栅与所述第一金属光栅之间形成相对移动,并通过所述第一金属光栅与所述第二金属光栅之间产生静电效应,使所述第二金属光栅向下移动与所述第一金属光栅相互连接,以形成具有多种变化的第三金属栅条线宽的第三金属光栅。
进一步地,所述第一金属光栅和第二金属光栅材料为Al、Pt、ZnSe或Ge。
进一步地,所述第一金属光栅和第二金属光栅的周期为小于等于500nm,所述第一金属光栅和第二金属光栅的线宽/间隙比例为小于0.5
进一步地,所述透明介质层材料为SiO2或Ge。
进一步地,所述透明介质层厚度为小于
Figure BDA0002074756540000021
从上述技术方案可以看出,本发明通过在传统红外探测器上面叠加偏振金属光栅结构,选择性地将一定方向的偏振光透射到红外探测器的微桥桥面上,从而利用不同物体发射光谱在偏振属性上的不同,通过对偏振光吸收的分析,辅助实现图形识别等功能。本发明在红外探测器器件结构上集成了金属栅条结构,其性能更佳、成本更低、使用更加灵活。
附图说明
图1是偏振光入射光栅的原理示意图。
图2是一种金属光栅结构示意图。
图3是一种入射方向垂直于栅条的偏振光透过率曲线。
图4是本发明一较佳实施例一的一种偏振红外线探测器结构示意图。
图5是本发明一较佳实施例二的一种偏振红外线探测器结构示意图。
图6是本发明一较佳实施例三的一种偏振红外线探测器结构示意图。
图7-图8是图6中形成的两种第三金属光栅结构示意图。
图9是本发明一较佳实施例的一种金属光栅结构示意图。
具体实施方式
请参考图1,图1是偏振光入射光栅的原理示意图。如图1所示,入射光栅(wires)的偏振光包括垂直方向偏振光EV和水平方向偏振光EH(Incident polarized light,vertical(EV)and horizontal(EH))。其中,垂直方向偏振光EV与光栅方向平行,水平方向偏振光EH与光栅方向正交。偏振光入射光栅时,平行于光栅的电场消散(被吸引住了)(E fieldparallel to the wires is dissipated),而垂直于光栅的电场通过(E fieldperpendicular to the wires is passed)。
偏振光可以辅助进行图像的识别,而利用金属等材料形成周期性的光栅结构,可以有效地对入射偏振光进行选择性透射。
请参考图2,图2是一种金属光栅结构示意图。如图2所示,金属光栅可设置在透明基底上;金属光栅由多个平行的金属栅条nm构成,金属光栅的周期(pitch)A等于金属栅条nm的线宽(CD)b+金属栅条nm的间隙(Space)ni。偏振方向平行于金属栅条的TE(transverseelectric)偏振光入射到金属栅条表面时,将引起电子沿栅条方向自由振荡,故TE偏振光被金属栅条反射或吸收。而对于偏振方向垂直于栅条的TM(transverse magnetic)偏振光,如将金属栅条nm的线宽b设置为小于入射TM光波长λ,则TM光在该方向上的电子振荡将受到阻断或限制,故TM偏振光将直接透射。同时,其透射特性会受到金属栅条nm的CD/pitch等因素的影响,如图3所示。图3中,横坐标代表周期(单位为纳米),纵坐标代表0级透射光衍射效率。
而传统红外线探测器多是利用对入射镜头的处理,无法区别探测偏振方向不同的红外线。
本发明通过在传统红外探测器上面叠加偏振金属光栅结构,选择性地将一定方向的偏振光透射到红外探测器的微桥桥面上,从而利用不同物体发射光谱在偏振属性上的不同,通过对偏振光吸收的分析,辅助实现图形识别等功能。
下面结合附图,对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
需要说明的是,在下述的具体实施方式中,在详述本发明的实施方式时,为了清楚地表示本发明的结构以便于说明,特对附图中的结构不依照一般比例绘图,并进行了局部放大、变形及简化处理,因此,应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
在以下本发明的具体实施方式中,请参考图4,图4是本发明一较佳实施例一的一种偏振红外线探测器结构示意图。如图4所示,本发明的一种偏振红外线探测器结构,包括叠设于衬底10上的红外微桥结构20和第一金属光栅结构30。微桥结构20设有微桥桥面22和支撑与电连接孔21(例如在微桥桥面22的左右两个对角设有两个支撑与电连接孔21)。其中,微桥桥面22设有红外敏感层23,用于探测(吸收)红外线并产生电信号;支撑与电连接孔21用于对微桥桥面22进行支撑,微桥桥面22和支撑与电连接孔21中设有金属电极层25,从而通过支撑与电连接孔21可将微桥桥面22产生的电信号传导至衬底10。在金属电极层25、红外敏感层23的表面还可包覆有释放保护层24、26。
衬底10上可设有后道金属层11,支撑与电连接孔21的底部可通过连接后道金属层11中的通孔12及金属导线13与衬底10实现电性连接。在后道金属层11上还可设置反射层14。
设于衬底10上的微桥结构20可构成常规红外线探测器结构,可通过参考现有技术对常规红外探测器结构加以理解。
请参考图4。第一金属光栅结构30悬空设置在微桥桥面22(微桥结构20)上方(也属于一种微桥结构)。第一金属光栅结构30包括由平行排列的多个第一金属栅条所构成的第一金属光栅32和第一金属支撑柱31(第一金属支撑柱31可与支撑与电连接孔21对应设置)。第一金属光栅32可通过第一金属支撑柱31与下方的支撑与电连接孔21进行连接。具体地,第一金属支撑柱31可与支撑与电连接孔21中设有的金属电极层25相连。
第一金属光栅32的结构可参考图9,其由平行排列的多个第一金属栅条321和321’所构成。其中,各第一金属栅条321和321’的一端可通过第一边缘金属条322和322’相连在一起,然后,再由第一边缘金属条322和322’统一连接至第一金属支撑柱31。具体地,可将例如图中左侧的部分第一金属栅条321的下端(对应图4中的前端)通过一个第一边缘金属条322连接至一个第一金属支撑柱31,再将该第一金属支撑柱31与一个支撑与电连接孔21电连接;并将图中右侧的部分第一金属栅条321’的上端(对应图4中的后端)通过第二个第一边缘金属条322’连接至第二个第一金属支撑柱31,再将该第二个第一金属支撑柱31与第二个支撑与电连接孔21电连接。
如果第一金属光栅32吸收部分红外光并发热时,可以通过第一金属支撑柱31、支撑与电连接孔21将热传导到下方衬底10中并消散掉,能避免将热传导到探测器微桥结构20上,可以减少探测误差;同时还能避免引起第一金属光栅结构30发生形变,从而可避免引起光学特性变化,且设计第一金属光栅结构30占用面积较小。
第一金属栅条321和321’、第一边缘金属条322和322’、第一金属支撑柱31和金属电极层25材料可相同,可以采用Al、Pt等材料,也可以采用ZnSe、Ge等材料。
第一金属光栅32的周期为小于等于500nm,线宽/间隙比例为小于0.5。
请参考图4。作为一优选的实施方式,可将第一金属光栅32设置在一个透明介质层33上;此时的第一金属光栅32可以采用位于透明介质层33上表面上的单层结构。透明介质层33的两端可架设在支撑与电连接孔21上,从而可保证第一金属光栅32的平整度。
第一金属光栅结构30是利用在下方的红外探测器上方生长牺牲层和薄层透明介质层33后,通过刻蚀形成接触支撑与电连接孔21的连接孔,然后在薄层透明介质层33表面和连接孔中沉积金属栅条材料,并图形化形成的。
请参考图5。作为另一优选的实施方式,可在透明介质层33的上下两个表面上分别设置一层第一金属光栅32、32’;此时的第一金属光栅32、32’为设于透明介质层33上下两侧的双层结构。两层的第一金属光栅32、32’中,分别位于双层结构上下层中的第一金属栅条一一对应排列,优选对准排列,以进一步增强效果。
位于双层结构下层的第一金属光栅32’的结构尺寸(CD、pitch、Space)等特征与位于上层的第一金属光栅32的结构尺寸等特征保持一致。并且,位于双层结构下层的第一金属光栅32’同样可通过其设置的第一边缘金属条、第一金属支撑柱31与支撑与电连接孔21中设有的金属电极层25相连。可参考图9加以理解。
透明介质层33材料可为SiO2或Ge等材料,其厚度为小于
Figure BDA0002074756540000061
请参考图6,图6是本发明一较佳实施例三的一种偏振红外线探测器结构示意图。如图6所示,本发明的偏振红外线探测器结构,还可包括第二金属光栅结构40;第二金属光栅结构40悬空设置在微桥结构20和第一金属光栅结构30上方,并位于微桥结构20和第一金属光栅结构30外侧。
第二金属光栅结构40包括由平行排列的多个第二金属栅条所构成的第二金属光栅42;第二金属光栅42通过第二金属支撑柱41与下方微桥结构20以外区域的衬底10连接。第二金属栅条与第一金属栅条在初始状态时上下一一对应排列,优选对准排列。
在第二金属支撑柱41的外侧还设有吸引电极50;吸引电极50的下端与衬底10相连。其中,通过通电,使吸引电极50对第二金属支撑柱41产生静电效应,使得第二金属光栅42与第一金属光栅32之间形成相对移动,即使得第二金属栅条与第一金属栅条之间发生相对错动(即图示的左右移动),从而可以形成具有多种变化形式的第三金属栅条线宽的第三金属光栅;还可以在此基础上,进一步再通过使第一金属光栅32与第二金属光栅42之间产生静电效应,使得第二金属光栅42向下移动,与第一金属光栅32相互接触而连接。即第三金属光栅由第二金属光栅42与第一金属光栅32叠加而成。
请参考图7和图8,图7显示第二金属光栅42的第二金属栅条与第一金属光栅32的第一金属栅条之间完全或基本对齐时形成的光栅结构效果;图8显示第二金属光栅42的第二金属栅条与第一金属光栅32的第一金属栅条之间发生一定错动时形成的光栅结构效果,其相当于减小了光栅之间的间隙(Space)。
第二金属光栅42与第一金属光栅32的材料可一致。
第二金属光栅42与第一金属光栅32的周期、线宽/间隙比可一致。第二金属光栅42的一个具体实施例可参考图9,其可与第一金属光栅32的结构类似。
本发明在常规红外探测器器件结构上集成了金属栅条结构,其性能更佳、成本更低、使用更加灵活。
以上的仅为本发明的优选实施例,实施例并非用以限制本发明的专利保护范围,因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化,同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种偏振红外线探测器结构,其特征在于,包括叠设于衬底上的微桥结构和第一金属光栅结构,所述微桥结构设有微桥桥面和支撑与电连接孔,所述微桥桥面用于探测红外线,所述支撑与电连接孔用于对所述微桥桥面进行支撑,并将所述微桥桥面产生的电信号传导至所述衬底;所述第一金属光栅结构悬设于所述微桥桥面上方,其包括由平行排列的多个第一金属栅条所构成的第一金属光栅、透明介质层和第一金属支撑柱,所述第一金属支撑柱与所述支撑与电连接孔对应设置,所述第一金属光栅设于所述透明介质层上,且通过所述第一金属支撑柱与下方的所述支撑与电连接孔电连接。
2.根据权利要求1所述的偏振红外线探测器结构,其特征在于,所述第一金属光栅为设于透明介质层上的单层结构,所述透明介质层架设在所述支撑与电连接孔上;或者,所述第一金属光栅为设于透明介质层上下两侧的双层结构,位于所述双层结构上下层中的第一金属栅条一一对应排列,所述透明介质层架设在所述支撑与电连接孔上。
3.根据权利要求1所述的偏振红外线探测器结构,其特征在于,所述第一金属支撑柱与所述支撑与电连接孔中设有的金属电极层相连。
4.根据权利要求1所述的偏振红外线探测器结构,其特征在于,各所述第一金属栅条的一端通过第一边缘金属条相连在一起,所述第一边缘金属条连接第一金属支撑柱。
5.根据权利要求1所述的偏振红外线探测器结构,其特征在于,还包括第二金属光栅结构,所述第二金属光栅结构悬设于所述第一金属光栅结构上方,其包括由平行排列的多个第二金属栅条所构成的第二金属光栅,所述第二金属光栅通过第二金属支撑柱与下方所述微桥结构以外区域的所述衬底连接,所述第二金属栅条与所述第一金属栅条在初始状态时一一对应排列,所述第二金属支撑柱的外侧设有吸引电极;其中,通过所述吸引电极对所述第二金属支撑柱产生静电效应,使所述第二金属光栅与所述第一金属光栅之间形成相对移动,以形成具有多种变化的第三金属栅条线宽的第三金属光栅。
6.根据权利要求5所述的偏振红外线探测器结构,其特征在于,所述第一金属光栅与所述第二金属光栅之间产生静电效应,使所述第二金属光栅向下移动与所述第一金属光栅相互连接。
7.根据权利要求5所述的偏振红外线探测器结构,其特征在于,所述第一金属光栅和第二金属光栅材料为Al、Pt、ZnSe或Ge。
8.根据权利要求5所述的偏振红外线探测器结构,其特征在于,所述第一金属光栅和第二金属光栅的周期为小于等于500nm,所述第一金属光栅和第二金属光栅的线宽/间隙比例为小于0.5。
9.根据权利要求1所述的偏振红外线探测器结构,其特征在于,所述透明介质层的材料为SiO2或Ge。
10.根据权利要求9所述的偏振红外线探测器结构,其特征在于,所述透明介质层厚度为小于
Figure FDA0002934479610000021
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