CN111504480B - 一种红外探测器 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种红外探测器，红外探测器包括多个用于将红外辐射能转换为电能以进行红外探测的探测器半导体像元，即包括多个对红外辐射敏感且专门适用于把红外辐射能转换为电能的半导体器件，每个探测器半导体像元的至少两个梁结构中，由红外吸收板向对应的微桥柱的梁路径中，交汇于同一节点的两条并行梁结构分别为第一和第二半桥结构，第一和第二半桥结构构成热对称结构；第一半桥结构包括支撑层、电极层和钝化层，第二半桥结构包括支撑层，热对称结构中的第一半桥结构的长度大于第二半桥结构的长度，热对称结构中的第一半桥结构与第二半桥结构的热导非平衡差值小于等于20%。通过本公开的技术方案，降低了探测器半导体像元的总热导。
Description
技术领域
本公开涉及红外探测技术领域，尤其涉及一种红外探测器。
背景技术
红外探测器中包含有多个对红外辐射敏感且专门适用于把红外辐射能转换为电能的半导体器件，现有的红外焦平面探测器存在红外探测器的热导较大，红外探测器的性能较差的问题，例如具有几何对称设计的红外探测器，红外探测器的探测器半导体像元中的两个半桥在结构上几何对称，具有电传输作用的半桥和不具有电传输作用的半桥的长度相等。但是，因为电极材料和支撑层材料的力学强度和热导率均不相同，导致热量由红外吸收板到达对应的两个微桥柱的速度差异较大，进而导致整个红外探测器的热导较大，红外探测器的探测性能较差。另外，几何对称设计的红外探测器受到的应力和形变较大，导致其力学稳定性和抗冲击能力较差，进而导致整个红外探测器的结构稳定性较差。
因此，如何进一步减小红外探测器的热导，提高红外探测器的红外探测性能，以及进一步提高红外探测器的结构稳定性成为亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种红外探测器，降低了探测器半导体像元的总热导，提高了红外探测器的红外探测性能，提高了探测器半导体像元的稳定性和抗冲击能力。
本公开实施例提供了一种红外探测器，包括多个阵列排布的探测器半导体像元，所述探测器半导体像元用于将红外辐射能转换为电能以进行红外探测，每个所述探测器半导体像元包括：
至少两个梁结构，每个所述梁结构分别连接红外吸收板和微桥柱；
至少两个所述梁结构中，由所述红外吸收板向对应的所述微桥柱的梁路径中，交汇于同一节点的两条并行梁结构分别为第一半桥结构和第二半桥结构，所述第一半桥结构和所述第二半桥结构构成热对称结构；
所述第一半桥结构包括支撑层、电极层和钝化层，所述第二半桥结构包括支撑层，所述热对称结构中的所述第一半桥结构的长度大于所述第二半桥结构的长度，所述热对称结构中的所述第一半桥结构与所述第二半桥结构的热导非平衡差值小于等于20%。
可选地，所述热对称结构中的所述第一半桥结构与所述第二半桥结构的热导相同。
可选地，所述热对称结构中的所述第一半桥结构的长度为l1，所述第二半桥结构的长度为l2，l1与l2满足如下公式：
其中，k1为所述支撑层的热导率，k2为所述电极层的热导率，k3为所述钝化层的热导率，w1为所述梁结构上所述支撑层的宽度，w2为所述梁结构上所述电极层的宽度，w3为所述梁结构上所述钝化层的宽度，t1为所述支撑层的等效厚度，t2为所述电极层的厚度，t3为所述钝化层的厚度。
可选地，包含有所述热对称结构的所述梁结构还包括至少一个连接杆，所述连接杆用于分隔所述热对称结构中的所述第一半桥结构和所述第二半桥结构；
沿垂直于所述连接杆的方向，所述第一半桥结构和所述第二半桥结构分别位于所述连接杆的两侧，所述连接杆包括支撑层、电极层和钝化层。
可选地，位于所述红外吸收板相对设置两侧的所述热对称结构中，所述第一半桥结构和所述第二半桥结构的分布位置相反。
可选地，每个所述梁结构与所述红外吸收板具有两个连接点；
优选地，所述梁结构直线搭接于对应的所述微桥柱上；
优选地，所述探测器半导体像元包括一组或者两组对角设置的两个所述微桥柱。
可选地，所述探测器半导体像元包括沿第一方向设置的第一梁结构和第二梁结构，以及沿第二方向设置的第三梁结构和第四梁结构；其中，所述第一方向垂直于所述第二方向；
所述第一梁结构和所述第二梁结构包括所述热对称结构，所述第三梁结构和所述第四梁结构仅包括所述支撑层，所述第三梁结构的热导小于等于所述第一梁结构的热导或者所述第二梁结构的热导，所述第四梁结构的热导小于等于所述第一梁结构的热导或者所述第二梁结构的热导。
可选地，包含有所述热对称结构的所述梁结构包括至少一个回折结构，至少一个所述回折结构对应设置有支撑杆，所述支撑杆包括支撑层，所述支撑杆与所述回折结构的回折部分构成矩形。
可选地，所述支撑杆与该所述支撑杆所在的所述矩形的其它三边结构的热导非平衡差值小于等于20%；
优选地，所述支撑杆的热导与该所述支撑杆所在的所述矩形的其它三边结构的热导相同。
可选地，所述梁结构中的至少一处拐角呈圆弧状拐角；和/或，所述支撑杆的宽度大于等于设定宽度。
可选地，所述第一半桥结构包括的所述支撑层的厚度与所述第二半桥结构包括的所述支撑层的厚度相同或者不同；
优选地，所述支撑层的厚度大于等于100埃，小于等于2000埃，所述电极层的厚度大于等于100埃，小于等于500埃，所述钝化层的厚度大于等于50埃，小于等于2000埃；
优选地，构成所述支撑层的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或非晶碳中的一种或几种，构成所述钝化层的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或非晶碳中的一种或几种，构成所述电极层的材料包括钛、氮化钛或者镍铬合金。
本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本公开实施例设置红外探测器包括多个阵列排布的探测器半导体像元，探测器半导体像元用于将红外辐射能转换为电能以进行红外探测，每个探测器半导体像元包括至少两个梁结构，每个梁结构分别连接红外吸收板和微桥柱，至少两个梁结构中，由红外吸收板向对应的微桥柱的梁路径中，交汇于同一节点的两条并行梁结构分别为第一半桥结构和第二半桥结构，第一半桥结构和第二半桥结构构成热对称结构，第一半桥结构包括支撑层、电极层和钝化层，第二半桥结构包括支撑层，热对称结构中的第一半桥结构的长度大于第二半桥结构的长度，热对称结构中的第一半桥结构与第二半桥结构的热导非平衡差值小于等于20%。这样，利用热导非平衡差值小于等于20%的第一半桥结构和第二半桥结构构成热对称结构，进一步降低了探测器半导体像元的总热导，进而提高了红外探测器的红外探测性能，且减小了微桥结构在相同力的作用下受到的应力和形变，提高了探测器半导体像元的稳定性和抗冲击能力，进而提高了整个红外探测器的结构稳定性，增强了红外探测器的力学强度。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
为了更清楚地说明本公开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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开实施例提供的一种探测器半导体像元的立体结构示意图；
图2为本公开实施例提供的一种探测器半导体像元的局部俯视结构示意图；
图3为本公开实施例提供的一种探测器半导体像元的立体分解示意图；
图4为本公开实施例提供的另一种探测器半导体像元的立体结构示意图；
图5为本公开实施例提供的另一种探测器半导体像元的立体结构示意图；
图6为本公开实施例提供的另一种探测器半导体像元的立体结构示意图；
图7为本公开实施例提供的另一种探测器半导体像元的立体结构示意图；
图8为本公开实施例提供的另一种探测器半导体像元的立体结构示意图；
图9为本公开实施例提供的另一种探测器半导体像元的立体结构示意图；
图10为本公开实施例提供的另一种探测器半导体像元的立体结构示意图；
图11为本公开实施例提供的另一种探测器半导体像元的立体结构示意图；
图12为本公开实施例提供的另一种探测器半导体像元的立体结构示意图；
图13为现有技术采用的一种微桥结构的立体结构示意图；
图14为本公开实施例提供的另一种探测器半导体像元的立体结构示意图；
图15为本公开实施例提供的另一种探测器半导体像元的局部俯视示意图；
图16为本公开实施例提供的另一种探测器半导体像元的立体结构示意图；
图17为本公开实施例提供的一种红外探测器的立体结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
图1为本公开实施例提供的一种探测器半导体像元的立体结构示意图，图2为本公开实施例提供的一种探测器半导体像元的局部俯视结构示意图，图3为本公开实施例提供的一种探测器半导体像元的立体分解示意图。结合图1至图3，红外探测器包括多个阵列排布的探测器半导体像元，探测器半导体像元用于将红外辐射能转换为电能以进行红外探测，即红外探测器中包含有多个对红外辐射敏感且专门适用于把红外辐射能转换为电能的半导体器件，每个探测器半导体像元包括至少两个梁结构27，这里示例性地设置探测器半导体像元包括两个梁结构27，每个梁结构27分别连接红外吸收板6和微桥柱28。
具体地，探测器半导体像元包括基底21、红外吸收板6和梁结构27，基底21上包含有对电信号进行读取和处理的读出电路和位于基底21上对红外辐射进行二次反射的反射层22，红外吸收板6包含支撑层23、电极层25、热敏层24和钝化层26，电极层25位于支撑层23上，热敏层24位于电极层25上，钝化层26位于热敏层24和电极层25上。红外吸收板6用于吸收目标物体的红外辐射能量，梁结构27上包含有支撑层23、电极层25和钝化层26，梁结构27是用于进行电传输和热传导的部件。其中，支撑层23起结构支撑的作用，热敏层24仅位于红外吸收板6上，用于将温度信号转换成电信号，电极层25用于调节热敏层24的电阻，并将热敏层24的电信号通过梁结构27传递到基底的读出电路，钝化层26用于保护热敏层24和电极层25。
示例性地，构成热敏层24的材料可以是氧化钒、硅或者氧化钛，对应地，红外探测器可以对应是氧化钒传感器、非晶硅传感器或者氧化钛传感器，红外探测器还可以是热电堆传感器或者二极管传感器。示例性地，可以设置构成支撑层23的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或非晶碳中的一种或几种，构成钝化层26的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或非晶碳中的一种或几种，构成电极层25的材料包括钛、氮化钛或者镍铬合金。
另外，图1至图3仅示例性地设置电极层25位于热敏层24临近基底21的一侧，也可以设置电极层25位于热敏层24临近钝化层26的一侧，且图3示例性地设置电极层25在红外吸收板6上分布为两个块状大面积图案化电极251，也可以设置电极层25在红外吸收板6上分布为两个窄带状的图案化电极，本公开实施例对图案化电极的面积不作具体限定。
至少两个梁结构27中，由红外吸收板6向对应的微桥柱28的梁路径中，交汇于同一节点的两条并行梁结构分别为第一半桥结构71和第二半桥结构72，第一半桥结构71和第二半桥结构72构成热对称结构7，图1至图3设置探测器半导体像元包括两个梁结构27，两个梁结构27中，由红外吸收板6向对应的微桥柱28的梁路径中，交汇于同一节点的两条并行梁结构分别为第一半桥结构71和第二半桥结构72，第一半桥结构71和第二半桥结构72构成热对称结构7。
结合图1至图3，主要参照图2，并行梁结构a和并行梁结构b交汇于同一节点A，并行梁结构c和并行梁结构d交汇于节点B和节点C，并行梁结构e和并行梁结构f交汇于同一节点D。另外，热对称结构7中的第一半桥结构71的长度大于第二半桥结构72的长度，因此，并行梁结构a为第一半桥结构71，并行梁结构b为第二半桥结构72，二者构成一个热对称结构7，并行梁结构c为第一半桥结构71，并行梁结构d为第二半桥结构72，二者构成一个热对称结构7，并行梁结构e为第一半桥结构71，并行梁结构f为第二半桥结构72，二者构成一个热对称结构7。
探测器半导体像元的热量从中间的红外吸收板6向连接同一梁结构27的两个微桥柱28传导，第一半桥结构71包括支撑层23、电极层25和钝化层26，第二半桥结构72包括支撑层23，即第一半桥结构71的厚度大于第二半桥结构72的厚度，在第一半桥结构71和第二半桥结构72长度相等的情况下，第一半桥结构71由于其厚度较大，相较于第二半桥结构72，其上的热量传导速度更快。本公开实施例对第一半桥结构71和第二半桥结构72的长度进行不对称设计，即设置第一半桥结构71的长度大于第二半桥结构72的长度，减缓了厚度因素导致的热量传导速度较快的第一半桥结构71上的热量传导速度，进而实现了热对称结构7中的第一半桥结构71与第二半桥结构72的热导非平衡差值小于等于20%，即热对称结构7中的第一半桥结构71与第二半桥结构72的热量传导速度的差距小于等于20%，以第一半桥结构71的热量传导速度为1为例，则第二半桥结构72的热量传导速度大于等于0.8，小于等于1.2。
结合图1至图3，并行梁结构a和并行梁结构b的热导相近,并行梁结构c和并行梁结构d的热导相近，并行梁结构e和并行梁结构f的热导相近，红外吸收板6上的热量同步传送到梁结构27连接红外吸收板6的两个的端点处，然后经过并行梁结构a和并行梁结构b后，热量基本同步传送至并行梁结构c和并行梁结构d，经过并行梁结构c和并行梁结构d后，热量又基本同步传送至并行梁结构e和并行梁结构f，经由并行梁结构e和并行梁结构f后，热量基本同步传送到上方的微桥柱28和下方的微桥柱28上，并由基底21进行散热。
这样，热量由红外吸收板6，经过第一半桥结构71达到下方微桥柱28和经过第二半桥结构72到达上方微桥柱28的时间相近，进而实现了梁结构27上的热平衡，降低了探测器半导体像元的总热导，优化了探测器半导体像元构成的红外探测器，例如红外焦平面探测器的红外探测性能，使得红外探测器的NETD（Noise Equivalent TemperatureDifference，噪声等效温差）提高15%以上。
另外，本公开实施例设置厚度较大的第一半桥结构71的长度，大于厚度较小的第二半桥结构72的长度，相较于第一半桥结构71和第二半桥结构72的长度完全相同的对称结构，减小了探测器半导体像元在相同力的作用下受到的应力和形变，相同作用力下，探测器半导体像元受到的应力降低至少10%，形变降低至少50%，提高了探测器半导体像元的稳定性和抗冲击能力，进而提高了整个红外探测器的结构稳定性，增强了红外探测器的力学强度。
需要说明是，图1至图3仅示例性地设置探测器半导体像元包括三个第一半桥结构71和三个第二半桥结构72构成的三个热对称结构7，本公开实施例对探测器半导体像元中所包含的热对称结构7的具体数量不作限定，确保探测器半导体像元包括至少一个热对称结构7即可。
可选地，可以设置支撑层23的等效厚度大于等于100埃，小于等于2000埃，电极层25的厚度大于等于100埃，小于等于500埃，钝化层26的厚度大于等于50埃，小于等于2000埃。具体地，通过对梁结构27上支撑层23、电极层25和钝化层26厚度的设置，优化梁结构27的热导，进而优化探测器半导体像元的热导，可以采用PECVD（Plasma Enhanced ChemicalVapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积）或者ALD（Atomic Layer Deposition，原子层沉积）工艺形成梁结构27上的支撑层23、电极层25和钝化层26。
可选地，图1至图3示例性地设置支撑层23的整体厚度一致，即第一半桥结构71包括的支撑层23的厚度与第二半桥结构72包括的支撑层23的厚度相同，也可以设置第一半桥结构71包括的支撑层23的厚度与第二半桥结构72包括的支撑层23的厚度不同，例如设置第一半桥结构71包括的支撑层23的厚度大于第二半桥结构72包括的支撑层23的厚度，或者第一半桥结构71包括的支撑层23的厚度小于第二半桥结构72包括的支撑层23的厚度，设置第一半桥结构71包括的支撑层23的厚度与第二半桥结构72包括的支撑层23的厚度不同，有利于进一步提高探测器半导体像元的稳定性和抗冲击能力。
优选地，可以设置热对称结构7中的第一半桥结构71与第二半桥结构72的热导相同。具体地，结合图1至图3，红外吸收板6上的热量同步传送到梁结构27连接红外吸收板6的两个端点，然后经过并行梁结构a和并行梁结构b后，热量同步传送至并行梁结构c和并行梁结构d，经过并行梁结构c和并行梁结构d后，热量同步传送至并行梁结构e和并行梁结构f，经由并行梁结构e和并行梁结构f后，热量同步传送到上方的微桥柱28和下方的微桥柱28上，并由基底21进行散热。这样，热量由红外吸收板6，经过第一半桥结构71达到下方微桥柱28和经过第二半桥结构72到达上方的微桥柱28的时间相同，最大程度上实现了梁结构27上的热平衡，使得探测器半导体像元的总热导降至最低，最大程度上优化了探测器半导体像元构成的红外探测器，例如红外焦平面探测器的红外探测性能。
可选地，结合图1至图3，可以设置热对称结构7中的第一半桥结构71的长度为l1，第二半桥结构72的长度为l2，l1与l2满足如下公式：
其中，k1为支撑层23的热导率，k2为电极层25的热导率，k3为钝化层26的热导率，w1为梁结构上支撑层23的宽度，w2为梁结构上电极层25的宽度，w3为梁结构上钝化层26的宽度，t1为支撑层23的等效厚度，t2为电极层25的厚度，t3为钝化层26的厚度。
具体地，结合图1至图3，第一半桥结构71的热导G1满足如下计算公式：
第二半桥结构72的热导G2满足如下计算公式：
要实现探测器半导体像元的热导最小，则G1与G2的和值最小，因为微桥的总长度一定，热导与长度成反比，所以只有当第一半桥结构71的热导与第二半桥结构72的热导相同，即G1等于G2时，探测器半导体像元的总热导达到最小值，由上述公式可以得出，G1等于G2时，l1与l2满足如下公式：
需要说明的是，本公开实施例所描述的支撑层23的等效厚度，当第一半桥结构71包括的支撑层23的厚度与第二半桥结构72包括的支撑层23的厚度相等时，支撑层23整个膜层厚度一致，支撑层23的等效厚度即为支撑层23原本的厚度。当第一半桥结构71包括的支撑层23的厚度与第二半桥结构72包括的支撑层23的厚度不相等时，支撑层23整个膜层厚度不一致，支撑层23的等效厚度即为支撑层23的平均厚度。
可选地，结合图1至图3，可以设置包含有热对称结构7的梁结构27还包括至少一个连接杆8，连接杆8用于分隔热对称结构7中的第一半桥结构71和第二半桥结构72，沿垂直于连接杆8的方向，第一半桥结构71和第二半桥结构72分别位于连接杆8的两侧，连接杆8包括支撑层23、电极层25和钝化层26。
具体地，图1至图3示例性地设置两个梁结构27均包括连接杆8，每个梁结构27包括两个连接杆8，连接杆8用于分隔热对称结构7中的第一半桥结构71和第二半桥结构72，沿垂直于连接杆8的方向，第一半桥结构71和第二半桥结构72分别位于连接杆8的两侧，即热对称结构7中的第一半桥结构71和第二半桥结构72之间由连接杆8隔开且由连接杆8连接。连接杆8包括支撑层23、电极层25和钝化层26，用于隔开包括支撑层23、电极层25和钝化层26的第一半桥结构71和仅包括支撑层23的第二半桥结构72。同样地，利用热导非平衡差值小于等于20%的第一半桥结构71和第二半桥结构72构成热对称结构7，降低了探测器半导体像元的总热导，进而提高了红外探测器的红外探测性能，且减小了微桥结构在相同力的作用下受到的应力和形变，提高了探测器半导体像元的稳定性和抗冲击能力，进而提高了整个红外探测器的结构稳定性，增强了红外探测器的力学强度。
需要说明的是，本公开实施例对连接杆8的数量不作具体限定，可以根据梁结构27中的回折数量以及第一半桥结构71和第二半桥结构72的分布情况设置连接杆8的位置和具体数量。
图1至图3示例性地设置单个梁结构27回折6次，单个梁结构27包括三个热对称结构7，也可以如图4所示，设置单个梁结构27回折1次，单个梁结构27包括一个热对称结构，其中并行梁结构g为第一半桥结构71，并行梁结构h为第二半桥结构72，二者交汇于节点E，第一半桥结构71和第二半桥结构72构成一个热对称结构，单个梁结构27包括一个连接杆8。也可以如图5所示，设置单个梁结构27回折3次，单个梁结构27包括两个热对称结构，其中并行梁结构i和并行梁结构j构成一个热对称结构，并行梁结构i为第一半桥结构71，并行梁结构j为第二半桥结构72，并行梁结构k和并行梁结构l构成另一个热对称结构，并行梁结构k为第一半桥结构71，并行梁结构l为第二半桥结构72，单个梁结构27包括一个连接杆8。也可以如图6所示，设置单个梁结构27回折5次，单个梁结构27包括两个热对称结构，其中并行梁结构m和并行梁结构n构成一个热对称结构，并行梁结构m为第一半桥结构71，并行梁结构n为第二半桥结构72，并行梁结构p和并行梁结构q构成另一个热对称结构，并行梁结构p为第一半桥结构71，并行梁结构q为第二半桥结构72，单个梁结构27包括两个连接杆8。
可选地，可以设置探测器半导体像元包括一组或者两组对角设置的两个微桥柱28，如图1至图6，示例性地设置探测器半导体像元包括两组对角设置的两个微桥柱28，即设置探测器半导体像元包括四个微桥柱28，也可以设置探测器半导体像元包括一组对角设置的两个微桥柱28，即设置探测器半导体像元包括两个微桥柱28。
示例性地，如图7所示，可以设置探测器半导体像元包括两个梁结构，单个梁结构包括一个热对称结构，其中并行梁结构s为第一半桥结构71，并行梁结构t为第二半桥结构72，二者的交汇节点为F。也可以如图8所示，探测器半导体像元包括两个梁结构，设置单个梁结构包括一个热对称结构，其中并行梁结构u为第一半桥结构71，并行梁结构v为第二半桥结构72，二者的交汇节点为H。也可以如图9所示，探测器半导体像元包括两个梁结构，设置单个梁结构包括一个热对称结构，其中并行梁结构w为第一半桥结构72，并行梁结构x为第二半桥结构72，二者的交汇节点为K。
另外，如1至图6示例性地设置四个微桥柱28对称设置，即四个微桥柱28位于矩形的四个顶角位置，也可以如图10所示，设置四个微桥柱28非对称设置，探测器半导体像元包括两个梁结构，设置单个梁结构包括一个热对称结构，其中并行梁结构y为第一半桥结构71，并行梁结构z为第二半桥结构72，二者的交汇节点为M。
可选地，结合图1至图10，可以设置梁结构27直线搭接于对应的微桥柱28上，即梁结构27远离红外吸收板6的最外侧的梁采用直线且直接搭接在对应的微桥柱28上，以提高梁结构27与微桥柱28搭接的稳定性，进而提高探测器半导体像元的力学强度和结构稳定性。也可以如图11所示，设置梁结构通过一小段搭接结构100与对应的微桥柱28进行连接，为提高梁结构的稳定性，可以增加搭接结构100的宽度，例如整体增加搭接结构100的线条宽度以减小梁结构受到的应力，提高梁结构的结构强度。
图12为本公开实施例提供的另一种探测器半导体像元的立体结构示意图。如图12所示，可以设置探测器半导体像元包括四个梁结构，即探测器半导体像元包括沿第一方向XX’设置的第一梁结构271和第二梁结构272，以及沿第二方向YY’设置的第三梁结构273和第四梁结构274，第一方向XX’垂直于第二方向YY’。第一梁结构271和第二梁结构272包括热对称结构，热对称结构的位置可参照图1至图3，第三梁结构273和第四梁结构274仅包括支撑层23，即第三梁结构273和第四梁结构274不包括热对称结构，第一梁结构271和第二梁结构272满足热对称关系，第三梁结构273和第四梁结构274满足热对称关系。
如图12所示，设置第三梁结构273的热导小于等于第一梁结构271的热导或者第二梁结构272的热导，第四梁结构274的热导小于等于第一梁结构271的热导或者第二梁结构272的热导，有利于减小探测器半导体像元的总热导，优化探测器半导体像元构成的红外探测器的红外探测性能。
可选地，可以设置每个梁结构27与红外吸收板6具有两个连接点，如图1至图3、图5、图7至图9以及图11，每个梁结构27与红外吸收板6具有两个连接点，图12中位于红外吸收板6上下的两个梁结构27均与红外吸收板6具有两个连接点。
图13为现有技术采用的一种微桥结构的立体结构示意图。如图13所示为大立结构的微桥结构，其采用的是半桥的设置方式，全部梁结构包括支撑层、电极层和钝化层，结构稳定性较差，因为两个梁结构均一端连接红外吸收板，另一端连接为微桥柱，结构自由度高，稳定性差。为了提高其结构稳定性，需要采用加厚梁结构，但是，梁结构与红外吸收板同时制作，梁结构厚度的增加导致红外吸收板的厚度同样增加，梁结构的加厚可能会导致微桥结构的热容增大，导致探测器的红外探测器的性能较差。或者，也可以仅将梁结构的厚度设置的较大，红外吸收板与梁结构的厚度不同，但这又会导致微桥结构的工艺复杂，降低红外探测器的成品率。
本公开实施例设置每个梁结构27与红外吸收板6具有两个连接点，有效降低了梁结构27的自由度，提高了梁结构27的力学稳定性，进而提高了探测器半导体像元的稳定性，且制作工艺简单，无需增加额外的制作工艺。
可选地，结合图1至图12，可以设置位于红外吸收板6相对设置两侧的热对称结构7中，第一半桥结构71和第二半桥结构72的分布位置相反。具体地，以图1至图6以及图10至图12为例，位于红外吸收板6左侧的热对称结构7中，第一半桥结构71在上，第二半桥结构72在下，位于红外吸收板6右侧的热对称结构7中，第一半桥结构71在下，第二半桥结构72在上。以图7和图8为例，位于红外吸收板6上方的热对称结构7中，第一半桥结构71在左，第二半桥结构72在右，位于红外吸收板6下方的热对称结构7中，第一半桥结构71在右，第二半桥结构72在左。以图9为例，位于红外吸收板6上方的热对称结构7中，第一半桥结构71在上，第二半桥结构72在下，位于红外吸收板6下方的热对称结构7中，第一半桥结构71在下，第二半桥结构72在上。
这样，通过设置位于红外吸收板6相对设置两侧的热对称结构7中，第一半桥结构71和第二半桥结构72的分布位置相反，进一步降低了微桥结构在相同力的作用下受到的应力和形变，提高了探测器半导体像元的稳定性和抗冲击能力，进而提高了整个红外探测器的结构稳定性，增强了红外探测器的力学强度。
图14为本公开实施例提供的另一种探测器半导体像元的立体结构示意图，图15为本公开实施例提供的另一种探测器半导体像元的局部俯视示意图。在上述实施例的基础上，结合图1至图3以及图14和图15，当包含有热对称结构7的梁结构27包括至少一个回折结构时，至少一个回折结构对应设置有支撑杆9，支撑杆9包括支撑层23，支撑杆9与回折结构的回折部分构成矩形。
图1至图3以及图14和图15示例性地设置左右两侧的梁结构27均包含有热对称结构7，示例性地设置梁结构27包括对应第一半桥结构71的三个回折结构，三个回折结构均对应设置有支撑杆9，支撑杆9仅包括支撑层23，支撑杆9与对应的回折结构的回折部分构成矩形，例如构成矩形a1、a2和a3，这样，利用支撑层23形成的支撑杆9改善了梁结构27的力学强度，支撑杆9起到增强探测器半导体像元的稳定性的作用，进一步提高了探测器半导体像元构成的红外探测器的结构稳定性。另外，也可以设置对应第二半桥结构72的回折结构也对应设置有支撑杆9，例如图14和图15中，也可以在对应第二半桥结构72的回折结构94处对应设置如91、92和93的支撑杆，同样能够进一步增强探测器半导体像元的稳定性。综上，只要包含有热对称结构7的梁结构27包括回折结构时，该回折结构处即可对应设置支撑杆9。
示例性地，结合图1至图3以及图14和图15，可以设置位于红外吸收板6相对设置两侧的梁结构27中，支撑杆9的分布位置对角对称，例如位于红外吸收板6左侧的梁结构27中，上方有一个支撑杆9，下方有两个支撑杆9，位于红外吸收板6右侧的梁结构27中，上方有两个支撑杆9，下方有一个支撑杆9，以进一步提高探测器半导体像元构成的红外探测器的结构稳定性。
另外，对于图5、图6以及图11和图12，当包含有热对称结构7的梁结构27包括对应第一半桥结构71的至少一个回折结构时，同样可以类比图14和图15中支撑杆9的设置方式，在对应第一半桥结构71的至少一个回折结构处设置支撑杆9，以进一步提高探测器半导体像元构成的红外探测器的结构稳定性。
可选地，可以设置支撑杆9与该支撑杆9所在的矩形的其它三边结构的热导非平衡差值小于等于20%，即设置支撑杆9与该支撑杆9所在的矩形的其它三边结构的热量传导速度的差距小于等于20%，以支撑杆9的热量传导速度为1为例，则该支撑杆9所在的矩形的其它三边结构的热量传导速度大于等于0.8，小于等于1.2。优选地，支撑杆9的热导与该支撑杆9所在的矩形的其它三边结构的热导相同。
具体地，可以设置支撑杆91与对应矩形a1的除支撑杆91之外的其它三边结构的热导相同，支撑杆92与对应矩形a2的除支撑杆92之外的其它三边结构的热导相同，支撑杆93与对应矩形a3的除支撑杆93之外的其它三边结构的热导相同。这样，支撑杆9满足前述热平衡关系，支撑杆9和与之对应的热流走向相同的部分梁结构27的热导相同或相近，使得支撑杆9所增加的热导最小，支撑杆9对探测器半导体像元的总热导影响达到最小，即支撑杆9是在热对称结构7基础上设计的结构，支撑杆9能够改善梁结构27的局部应力分布，并与部分梁结构27形成热平衡。
这样，本公开实施例提供的探测器半导体像元可以实现微桥的全部结构或局部结构的热平衡，各热对称结构7以及支撑杆9中的两部分热导的热导非平衡差值范围在20%以内，组合而成的探测器半导体像元的总热导达到最小值，同时支撑杆9可以有效提高探测器半导体像元的力学强度。
可选地，可以设置梁结构27中的至少一处拐角呈圆弧状拐角；和/或，支撑杆9的宽度大于等于设定宽度。结合图1至图12以及图14和图15示例性地设置梁结构27中的每个拐角均呈直角状拐角，可以设置梁结构27中的至少一处拐角呈圆弧状拐角，以降低梁结构27受到外力时的应力和形变，提高探测器半导体像元的稳定性。另外，也可以设置支撑杆9的宽度大于等于设定宽度，即对支撑杆9进行加宽处理，以降低梁结构27受到外力时的应力和形变，提高探测器半导体像元的稳定性，也可以对连接杆8或者梁结构27两端的回折结构进行加宽处理，以降低梁结构27受到外力时的应力和形变，提高探测器半导体像元的稳定性。示例性地，也可以如图16所示，在应力集中位置设置图16所示三角形结构200，以降低梁结构27受到外力时的应力和形变，提高探测器半导体像元的稳定性。
本公开实施例利用热导非平衡差值小于等于20%的第一半桥结构和第二半桥结构构成热对称结构，进一步降低了探测器半导体像元的总热导，进而提高了红外探测器的红外探测性能，且减小了微桥结构在相同力的作用下受到的应力和形变，提高了探测器半导体像元的稳定性和抗冲击能力，进而提高了整个红外探测器的结构稳定性，增强了红外探测器的力学强度。
图17为本公开实施例提供的一种红外探测器的立体结构示意图。如图17所示，红外探测器包括阵列排布的多个如上述实施例所述的探测器半导体像元1，因此，本公开实施例提供的红外探测器具备上述实施例所述的有益效果，这里不再赘述。示例性地，红外探测器例如可以是非制冷红外焦平面探测器。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (11)
1.一种红外探测器，其特征在于，包括多个阵列排布的探测器半导体像元，所述探测器半导体像元用于将红外辐射能转换为电能以进行红外探测，每个所述探测器半导体像元包括：
至少两个梁结构，每个所述梁结构分别连接红外吸收板和微桥柱；
至少两个所述梁结构中，由所述红外吸收板向对应的所述微桥柱的梁路径中，交汇于同一节点的两条并行梁结构分别为第一半桥结构和第二半桥结构，所述第一半桥结构和所述第二半桥结构构成热对称结构；
所述第一半桥结构包括支撑层、电极层和钝化层，所述第二半桥结构包括支撑层，所述热对称结构中的所述第一半桥结构的长度大于所述第二半桥结构的长度，所述热对称结构中的所述第一半桥结构与所述第二半桥结构的热导非平衡差值小于等于20%。
2.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述热对称结构中的所述第一半桥结构与所述第二半桥结构的热导相同。
3.根据权利要求2所述的红外探测器，其特征在于，所述热对称结构中的所述第一半桥结构的长度为l1，所述第二半桥结构的长度为l2，l1与l2满足如下公式：
其中，k1为所述支撑层的热导率，k2为所述电极层的热导率，k3为所述钝化层的热导率，w1为所述梁结构上所述支撑层的宽度，w2为所述梁结构上所述电极层的宽度，w3为所述梁结构上所述钝化层的宽度，t1为所述支撑层的等效厚度，t2为所述电极层的厚度，t3为所述钝化层的厚度。
4.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，包含有所述热对称结构的所述梁结构还包括至少一个连接杆，所述连接杆用于分隔所述热对称结构中的所述第一半桥结构和所述第二半桥结构；
沿垂直于所述连接杆的方向，所述第一半桥结构和所述第二半桥结构分别位于所述连接杆的两侧，所述连接杆包括支撑层、电极层和钝化层。
5.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，位于所述红外吸收板相对设置两侧的所述热对称结构中，所述第一半桥结构和所述第二半桥结构的分布位置相反。
6.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，每个所述梁结构与所述红外吸收板具有两个连接点；
所述梁结构直线搭接于对应的所述微桥柱上；
所述探测器半导体像元包括一组或者两组对角设置的两个所述微桥柱。
7.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述探测器半导体像元包括沿第一方向设置的第一梁结构和第二梁结构，以及沿第二方向设置的第三梁结构和第四梁结构；其中，所述第一方向垂直于所述第二方向；
所述第一梁结构和所述第二梁结构包括所述热对称结构，所述第三梁结构和所述第四梁结构仅包括所述支撑层，所述第三梁结构的热导小于等于所述第一梁结构的热导或者所述第二梁结构的热导，所述第四梁结构的热导小于等于所述第一梁结构的热导或者所述第二梁结构的热导。
8.根据权利要求1-7任一项所述的红外探测器，其特征在于，包含有所述热对称结构的所述梁结构包括至少一个回折结构，至少一个所述回折结构对应设置有支撑杆，所述支撑杆包括支撑层，所述支撑杆与所述回折结构的回折部分构成矩形。
9.根据权利要求8所述的红外探测器，其特征在于，所述支撑杆与该所述支撑杆所在的所述矩形的其它三边结构的热导非平衡差值小于等于20%。
10.根据权利要求8所述的红外探测器，其特征在于，所述梁结构中的至少一处拐角呈圆弧状拐角；和/或，所述支撑杆的宽度大于等于设定宽度。
11.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述第一半桥结构包括的所述支撑层的厚度与所述第二半桥结构包括的所述支撑层的厚度相同或者不同；
所述支撑层的等效厚度大于等于100埃，小于等于2000埃，所述电极层的厚度大于等于100埃，小于等于500埃，所述钝化层的厚度大于等于50埃，小于等于2000埃；
构成所述支撑层的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或非晶碳中的一种或几种，构成所述钝化层的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或非晶碳中的一种或几种，构成所述电极层的材料包括钛、氮化钛或者镍铬合金。
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