CN111829662A - 一种基于仿生红外感知器的热电堆红外探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及热电堆红外探测技术领域，尤其涉及一种基于仿生红外感知器的热电堆红外探测器，N型多晶硅通过斜放型铝线在热电偶结构的热偶条冷结处与P型多晶硅连接，N型多晶硅通过爬坡型铝线在热电偶结构的热偶条冷结处热偶条热结处与P型多晶硅连接，P型多晶硅与氮化硅红外吸收层在热电偶结构的热偶条冷结处接触，氧化硅介质支撑膜在P型多晶硅与硅衬底之间设置，热偶条冷结在硅衬底上方形成悬臂梁结构，P型多晶硅与氮化硅红外吸收层在热电偶结构的热偶条热结处接触，输出电极通过铝线与热电偶结构连接。本发明整体结构设计简单合理，利用氮化硅高热导和电绝缘的特性，在探测器冷结与热沉之间实现了热导通结构，提高了探测器的性能。
Description
技术领域
本发明涉及热电堆红外探测技术领域，尤其涉及一种基于仿生红外感知器的热电堆红外探测器。
背景技术
早期的热电堆红外探测器是利用真空镀膜方法实现的，通常是将热偶材料沉积在塑料、陶瓷等基体上的，制备出来的探测器体积比较大，而且不易批量生产 。随着微电子机械系统（MEMS）技术的快速发展，1982年报道 第一个硅基MEMS热电堆红外探测器，此后 起了 MEMS热电堆红外探测器的研究热潮。对于MEMS热电堆红外探测器的研究，按热电偶材料分类可分为硅\金属、N型多晶硅\P型多晶硅、金属\金属。
现有的悬臂梁结构的热电堆红外探测器中存在着一些不足之处，热偶条通常是按照“十”字型排布,即为典型的四端梁结构；在此结构中，方形红外吸收区位于器件的中心区域，器件表面的四个角落处通常有相对较大的区域被浪费掉，也就是说，此种结构的器件表面没被充利用，导致较低的占空比，进而使得器件保持相对较低的性能。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于仿生红外感知器的热电堆红外探测器。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于仿生红外感知器的热电堆红外探测器，包括N型多晶硅、氧化硅隔膜、爬坡型铝线、P型多晶硅、斜放型铝线、热导通结构、氮化硅红外吸收层、氧化硅介质支撑膜、微腔结构、环形刻蚀阻挡结构、硅衬底、释放孔、输出电极、导线以及热电偶结构，所述N型多晶硅通过斜放型铝线在热电偶结构的热偶条冷结处与P型多晶硅连接，所述N型多晶硅通过爬坡型铝线在热电偶结构的热偶条冷结处热偶条热结处与P型多晶硅连接，所述P型多晶硅与氮化硅红外吸收层在热电偶结构的热偶条冷结处接触，所述氧化硅介质支撑膜在P型多晶硅与硅衬底之间设置。
进一步的，所述氮化硅红外吸收层的吸收层上设有释放孔。
进一步的，所述环形刻蚀阻挡结构优选为氧化硅材料。
进一步的，所述热电偶结构包括有N型多晶硅、氧化硅隔膜以及P型多晶硅且通过斜放型铝线和爬坡型铝线将所有热偶条连接形成热电堆。
进一步的，所述热偶条冷结在硅衬底上方形成悬臂梁结构。
进一步的，所述P型多晶硅与氮化硅红外吸收层在热电偶结构的热偶条热结处接触。
进一步的，所述输出电极通过铝线与热电偶结构连接。
与现有技术相比，本发明提出了一种基于仿生红外感知器的热电堆红外探测器，具有以下有益效果：
本发明将用来针对现有技术中的不足并加以创新性的改进，同时增加其实际的使用效果。
本发明中N型多晶硅通过斜放型铝线在热电偶结构的热偶条冷结处与P型多晶硅连接，N型多晶硅通过爬坡型铝线在热电偶结构的热偶条冷结处热偶条热结处与P型多晶硅连接，P型多晶硅与氮化硅红外吸收层在热电偶结构的热偶条冷结处接触，氧化硅介质支撑膜在P型多晶硅与硅衬底之间设置，氮化硅红外吸收层的吸收层上设有释放控，环形刻蚀阻挡结构优选为氧化硅材料，热电偶结构包括有N型多晶硅、氧化硅隔膜以及P型多晶硅且通过斜放型铝线和爬坡型铝线将所有热偶条连接形成热电堆，热偶条冷结在硅衬底上方形成悬臂梁结构，P型多晶硅与氮化硅红外吸收层在热电偶结构的热偶条热结处接触，输出电极通过铝线与热电偶结构连接，单端梁热电堆红外探测器相较于传统四端梁热电堆红外探测器，具有较小的尺寸，同时保持较高的响应率和探测率。
本发明中，该装置中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现，本发明整体结构设计简单合理，利用氮化硅高热导和电绝缘的特性，在探测器冷结与热沉之间实现了热导通结构，提高了探测器的性能。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于仿生红外感知器的热电堆红外探测器的结构示意图。
图2为本发明提出的一种基于仿生红外感知器的热电堆红外探测器的结构示意图。
图3为本发明提出的一种基于仿生红外感知器的热电堆红外探测器的热电偶结构示意图。
图中：1、N型多晶硅；2、氧化硅隔膜；3、爬坡型铝线；4、P型多晶硅；5、斜放型铝线；6、热导通结构；7、氮化硅红外吸收层；8、氧化硅介质支撑膜；9、微腔结构；10、环形刻蚀阻挡结构；11、硅衬底；12、释放孔；13、输出电极；14、导线；15、热电偶结构。
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他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、 “外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请参照图1-3，一种基于仿生红外感知器的热电堆红外探测器，包括N型多晶硅1、氧化硅隔膜2、爬坡型铝线3、P型多晶硅4、斜放型铝线5、热导通结构6、氮化硅红外吸收层7、氧化硅介质支撑膜8、微腔结构9、环形刻蚀阻挡结构10、硅衬底11、释放孔12、输出电极13、导线14以及热电偶结构15，所述N型多晶硅1通过斜放型铝线5在热电偶结构15的热偶条冷结处与P型多晶硅4连接，所述N型多晶硅1通过爬坡型铝线3在热电偶结构15的热偶条冷结处热偶条热结处与P型多晶硅4连接，所述P型多晶硅4与氮化硅红外吸收层7在热电偶结构15的热偶条冷结处接触，所述氧化硅介质支撑膜8在P型多晶硅4与硅衬底11之间设置。
氮化硅红外吸收层7的吸收层上设有释放孔。
环形刻蚀阻挡结构10优选为氧化硅材料。
热电偶结构15包括有N型多晶硅1、氧化硅隔膜2以及P型多晶硅4且通过斜放型铝线5和爬坡型铝线3将所有热偶条连接形成热电堆。
热偶条冷结在硅衬底11上方形成悬臂梁结构。
P型多晶硅4与氮化硅红外吸收层7在热电偶结构15的热偶条热结处接触。
输出电极13通过铝线与热电偶结构15连接。
本发明中，氮化硅红外吸收层7的吸收层上设有释放控，环形刻蚀阻挡结构10优选为氧化硅材料，热电偶结构15包括有N型多晶硅1、氧化硅隔膜2以及P型多晶硅4且通过斜放型铝线5和爬坡型铝线3将所有热偶条连接形成热电堆，热偶条冷结在硅衬底11上方形成悬臂梁结构，P型多晶硅4与氮化硅红外吸收层7在热电偶结构15的热偶条热结处接触，使用时，本设备表面积被更充分的利用，同时器件的性能也在一定程度上有所提高，基于双层热偶排布方式的探测器采用N型多晶硅1与P型多晶硅4作为热电偶材料，在结构上采用用双层热偶条的排布方式，其中，N型偶条位于顶层P型热偶条位于底层，整体通过铝线相互串接，其中在该探测器热结处利用爬坡形铝线3结构将N型多晶硅1和P型多晶硅4偶条相连接，同样地，冷结处N型多晶硅1和P型多晶硅4热偶条由斜放形的铝线结构相互连接，这种热偶的排布方式提高探测器占空比，缩小了器件的尺寸，环型刻蚀阻挡结构也被设计到探测器中，以避免探测器过释放导致探测器冷结和输出电极悬空而损坏器件的发生，利用氮化硅材料高热导电绝缘特性在冷结处引入热导通结构以提高探测器的性能。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种基于仿生红外感知器的热电堆红外探测器，包括N型多晶硅（1）、氧化硅隔膜（2）、爬坡型铝线（3）、P型多晶硅（4）、斜放型铝线（5）、热导通结构（6）、氮化硅红外吸收层（7）、氧化硅介质支撑膜（8）、微腔结构（9）、环形刻蚀阻挡结构（10）、硅衬底（11）、释放孔（12）、输出电极（13）、导线（14）以及热电偶结构（15），其特征在于，所述N型多晶硅（1）通过斜放型铝线（5）在热电偶结构（15）的热偶条冷结处与P型多晶硅（4）连接，所述N型多晶硅（1）通过爬坡型铝线（3）在热电偶结构（15）的热偶条冷结处热偶条热结处与P型多晶硅（4）连接，所述P型多晶硅（4）与氮化硅红外吸收层（7）在热电偶结构（15）的热偶条冷结处接触，所述氧化硅介质支撑膜（8）在P型多晶硅（4）与硅衬底（11）之间设置。
2.根据权利要求1所述的一种基于仿生红外感知器的热电堆红外探测器，其特征在于，所述氮化硅红外吸收层（7）的吸收层上设有释放控。
3.根据权利要求1所述的一种基于仿生红外感知器的热电堆红外探测器，其特征在于，所述环形刻蚀阻挡结构（10）优选为氧化硅材料。
4.根据权利要求1所述的一种基于仿生红外感知器的热电堆红外探测器，其特征在于，所述热电偶结构（15）包括有N型多晶硅（1）、氧化硅隔膜（2）以及P型多晶硅（4）且通过斜放型铝线（5）和爬坡型铝线（3）将所有热偶条连接形成热电堆。
5.根据权利要求1所述的一种基于仿生红外感知器的热电堆红外探测器，其特征在于，所述热偶条冷结在硅衬底（11）上方形成悬臂梁结构。
6.根据权利要求1所述的一种基于仿生红外感知器的热电堆红外探测器，其特征在于，所述P型多晶硅（4）与氮化硅红外吸收层（7）在热电偶结构（15）的热偶条热结处接触。
7.根据权利要求1所述的一种基于仿生红外感知器的热电堆红外探测器，其特征在于，所述输出电极（13）通过铝线与热电偶结构（15）连接。
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