CN111947787B - 红外探测器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种红外探测器及其制备方法，红外探测器包括多个阵列排布的探测器像元，每个探测器像元包括电极层，电极层上设置有多个直线条带结构和多个回折条带结构，多个直线条带结构和多个回折条带结构沿垂直于直线条带结构的方向交替排列；红外探测器的红外吸收谱段为8微米至24微米波段。通过本公开的技术方案，实现了红外探测器的宽谱吸收，大大提高了红外探测器对目标物体温度红外辐射能量的吸收率，进而使得红外探测器具有较高的探测灵敏度。
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及其制备方法。
背景技术
非接触红外探测器例如包括非接触式测温传感器，其探测原理是红外探测器将待测目标物体发射的红外辐射信号转换成热信号，经过探测器敏感元件将热信号转变为电信号，再经过电路芯片将电信号进行处理输出。而红外探测器对红外辐射信号的吸收值作为红外探测器的初始信号十分重要，该信号值越大，红外探测器的灵敏度就越高，因此红外探测器对红外辐射的吸收率是评估红外探测器的性能极为重要的一项参数。
目前非接触红外探测器，例如非接触式测温传感器吸收红外辐射的谱段几乎都在8微米至 14微米波段，即红外吸收谱段多表现为8微米至14微米波段的高吸收率，该波段范围内的红外吸收只占目标总发射率的约37％左右，有极大一部分的红外辐射无法被红外探测器吸收，导致红外探测器的红外吸收率较差，红外探测器的灵敏度较差。
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及其制备方法，实现了红外探测器的宽谱吸收，大大提高了红外探测器对目标物体温度红外辐射能量的吸收率，进而使得红外探测器具有较高的探测灵敏度。
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像元，每个所述探测器像元包括电极层，所述电极层上设置有多个直线条带结构和多个回折条带结构，所述直线条带结构和所述回折条带结构沿垂直于所述直线条带结构的方向交替排列；
所述红外探测器的红外吸收谱段为8微米至24微米波段。
可选地，所述电极层包括块状电极结构和梁状电极结构，所述块状电极结构与所述梁状电极结构电绝缘，所述直线条带结构和所述回折条带结构设置于所述块状电极结构上；
所述探测器像元还包括热敏层，所述块状电极结构与所述热敏层之间设置有隔离层。
可选地，所述电极层包括第一块状电极结构和第二块状电极结构，以及第一梁状电极结构和第二梁状电极结构；
所述第一块状电极结构与所述第一梁状电极结构连接，所述第二块状电极结构与所述第二梁状电极结构连接，所述第一块状电极结构与所述第二块状电极结构电绝缘；
所述第一块状电极结构上设置有所述直线条带结构和所述回折条带结构，所述第二块状电极结构上设置有所述直线条带结构和所述回折条带结构。
可选地，所述探测器像元包括：
集成电路衬底以及位于所述集成电路衬底上依次设置的反射层、支撑层、热敏层和钝化层；
所述电极层位于所述热敏层临近所述钝化层的一侧，或者所述电极层位于所述热敏层临近所述支撑层的一侧。可选地，所述反射层至所述钝化层之间的腔体构成谐振腔，所述谐振腔的高度大于等于1微米，小于等于2.5微米。
可选地，所述电极层的厚度小于等于50纳米。
可选地，所述直线条带结构和与其相邻的所述回折条带结构之间的最小距离大于等于0.5 微米，小于等于3微米；
所述直线条带结构的线条宽度大于等于0.1微米，小于等于0.5微米，所述回折条带结构的线条宽度大于等于0.1微米，小于等于0.5微米。
可选地，所述探测器像元包括：
集成电路衬底以及位于所述集成电路衬底上依次设置的支撑层、电极层和钝化层；
所述探测器像元包括至少两个梁结构，每个所述梁结构分别连接吸收板和微桥柱；
至少两个所述梁结构中，由所述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相同。
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；
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％。
本公开实施例还提供了一种红外探测器制备方法，用于制备如第一方面的红外探测器，红外探测器制备方法包括：
形成整面的电极层；
刻蚀所述电极层形成所述电极层中的块状图案和梁状图案，以及形成多个所述直线条带结构和多个所述回折条带结构。
可选地，所述探测器制备方法具体包括：
在集成电路衬底上依次形成反射层、牺牲层、支撑层和热敏层；
在所述热敏层上形成整面的电极层；
刻蚀所述电极层形成所述电极层中的块状图案和梁状图案，以及形成多个所述直线条带结构和多个所述回折条带结构；
在所述电极层上形成钝化层；
释放所述牺牲层；或者，
所述探测器制备方法具体包括：
在集成电路衬底上依次形成反射层、牺牲层和支撑层；
在所述支撑层上形成整面的电极层；
刻蚀所述电极层形成所述电极层中的块状图案和梁状图案，以及形成多个所述直线条带结构和多个所述回折条带结构；
在所述电极层上一侧形成热敏层和钝化层；
释放所述牺牲层。
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像元，每个探测器像元包括电极层，电极层上设置有多个直线条带结构和多个回折条带结构，多个直线条带结构和多个回折条带结构沿垂直于直线条带结构的方向交替排列，利用电极层上的多个直线条带结构和多个回折条带结构形成的超材料层与微桥式探测器结构相结合，电极层上的多个直线条带结构和多个回折条带结构形成的超材料层吸收的红外电磁波与微桥式探测器结构本身吸收的红外电磁波叠加，即电极层上的多个直线条带结构和多个回折条带结构形成的超材料层的设置使得整个红外探测器吸收的红外电磁波信号的强度增加，从而提高了入射红外电磁波的吸收率，使得红外探测器的红外吸收谱段达到8微米至24微米波段，即使得红外探测器实现了8微米至24微米的宽谱超强吸收，使得探测器在8微米至24微米波段内有很好的吸收特性，大大提高了红外探测器对目标物体温度红外辐射能量的吸收率，进而使得红外探测器具有较高的探测灵敏度。
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红外探测器的立体结构示意图；
图2为本公开实施例提供的一种探测器像元的结构示意图；
图3为本公开实施例提供的一种探测器像元的立体结构分解图；
图4为本公开实施例提供的一种红外探测器的吸收率仿真图；
图5至图9为本公开实施例提供的探测器像元的立体结构分解图；
图10为本公开实施例提供的另一种探测器像元的立体结构分解图；
图11为本公开实施例提供的一种红外探测器制备方法的流程示意图；
图12为本公开实施例提供的另一种探测器像元的立体结构示意图；
图13为本公开实施例提供的一种探测器像元的局部俯视结构示意图；
图14为本公开实施例提供的另一种探测器像元的立体分解示意图；
图15为本公开实施例提供的另一种探测器像元的立体结构示意图；
图16为本公开实施例提供的另一种探测器像元的立体结构示意图；
图17为本公开实施例提供的另一种探测器像元的立体结构示意图；
图18为本公开实施例提供的另一种探测器像元的立体结构示意图；
图19为本公开实施例提供的另一种探测器像元的立体结构示意图；
图20为本公开实施例提供的另一种探测器像元的立体结构示意图；
图21为本公开实施例提供的另一种探测器像元的立体结构示意图；
图22为本公开实施例提供的另一种探测器像元的立体结构示意图；
图23为本公开实施例提供的另一种探测器像元的立体结构示意图；
图24为现有技术采用的一种微桥结构的立体结构示意图；
图25为本公开实施例提供的另一种探测器像元的立体结构示意图；
图26为本公开实施例提供的另一种探测器像元的局部俯视示意图；
图27为本公开实施例提供的另一种探测器像元的立体结构示意图。
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红外探测器的立体结构示意图，图2为本公开实施例提供的一种探测器像元的立体结构示意图，图3为本公开实施例提供的一种探测器像元的立体结构分解图。结合图1至图3，红外探测器包括多个阵列排布的探测器像元1，图1示例性地示出了红外探测器包括三行三列探测器像元1，本公开实施例对红外探测器中探测器像元1的具体数量不作限定。探测器像元为对红外辐射敏感的，并专门适用于将红外辐射能转换为电能的半导体器件。
每个探测器像元1包括电极层25，电极层25上设置有多个直线条带结构51和多个回折条带结构52，多个直线条带结构51和多个回折条带结构52沿垂直于直线条带结构51的方向交替排列。具体地，超材料是一种基于广义斯涅尔定律，通过控制波前相位、振幅以及偏振进行电磁/光学波束调控的材料，电极层25上的多个直线条带结构51和多个回折条带结构52 构成超材料层，也可以叫做超表面或者超结构，超表面或超结构为超薄的二维阵列平面，可以灵活有效地操纵电磁波的相位、极化方式以及传播模式等特性。本公开实施例设置超电极层25上的多个直线条带结构51和多个回折条带结构52构成超材料层，利用电极层25上的多个直线条带结构51和多个回折条带结构52形成电磁超材料结构，即形成具备超常电磁性质的人工复合结构或复合材料，以实现对电磁波和光波性能的剪裁，从而获得电磁波吸收特殊器件。
本公开实施例利用电极层25上的多个直线条带结构51和多个回折条带结构52形成的超材料层与微桥式探测器结构相结合，具有多个直线条带结构51和多个回折条带结构52的电极层25吸收的红外电磁波会增强红外探测器本身吸收的红外电磁波信号，电极层25上的多个直线条带结构51和多个回折条带结构52形成的超材料层吸收的红外电磁波与微桥式探测器结构本身吸收的红外电磁波叠加，电极层25上的多个直线条带结构51和多个回折条带结构52形成的超材料层吸收的红外电磁波与入射红外电磁波的分量产生耦合，也就是说，电极层25上的多个直线条带结构51和多个回折条带结构52形成的超材料层的设置使得吸收的红外电磁波信号的强度增加，从而提高了红外探测器对入射红外电磁波的吸收率。
另外，本公开实施例利用电极层25上的多个直线条带结构51和多个回折条带结构52构成超材料层，可以在现有红外探测器的制备工艺的基础上实现红外探测器的宽谱吸收，电极层25中的金属电极既能够起到电连接作用，也可以作为超材料层，即超表面结构层，超材料层的形成不增加红外探测器的制备工艺难度，且无需增加额外的膜层以实现超材料层，有利于红外探测器体积的小型化。电极层25上的多个直线条带结构51和多个回折条带结构52形成的超材料层与红外探测器结合，电极层25上的多个直线条带结构51和多个回折条带结构 52形成的超材料层吸收的电磁波信号能够增强红外探测器本身吸收的电磁波信号，两个电磁波信号叠加在一起的，以增加红外探测器吸收的电磁波信号的强度。另外，可以通过红外探测器中的读出电路处理红外电磁信号转换得到的电信号，无需增加额外的电路及相应的算法，且红外探测器结合了超材料层，即结合了超表面结构，有利于减小红外探测器附加的热容，进一步提高红外探测器的红外探测灵敏度。
对于超材料层所包含的图案化结构的形状以及对应的结构尺寸，可以利用下述麦克斯韦方程进行推导：
其中，H表示辅助磁场，E表示入射电磁波的电场，B表示入射电磁波的磁场，D表示电位移，μ表示磁导率，ε表示介电常数，
表示矢量算符，t表示时间，以此为依据，设置电极层25上的多个直线条带结构51和多个回折条带结构52构成超材料层，并相应地设置电极层25上的多个直线条带结构51和多个回折条带结构52的尺寸，使得红外探测器的红外吸收率大于等于80％，红外探测器的红外吸收谱段为8微米至24微米波段，需要说明的是，这里的红外探测器的红外吸收率大于等于80％，是指在8微米到24微米的波段范围内，红外探测器的平均红外吸收率大于等于80％。
图4为本公开实施例提供的一种红外探测器的吸收率仿真图。图4中横坐标表示吸收红外信号的波长wavelength，单位为微米，纵坐标A表示红外吸收率。如图4所示，本公开实施例利用电极层25上的多个直线条带结构51和多个回折条带结构52形成的超材料层，使得红外探测器的红外吸收率大于等于80％，红外探测器的红外吸收谱段为8微米至24微米波段，即使得红外探测器实现了8微米至24微米的宽谱超强吸收，也即使得探测器在8微米至24 微米波段内有很好的吸收特性，大大提高了红外探测器对目标物体温度辐射能量的吸收率，进而使得红外探测器具有较高的探测灵敏度。
具体地，超材料吸收电磁波主要基于物理结构和材料参数的结合，可以通过设计不同的结构以及使用不同的材料与该结构结合，实现多种功能的吸收结构。示例性地，可以设置构成电极层25的材料包括钛或氮化钛中的一种或两种，即可以设置构成电极层25的材料包括钛或氮化钛，或者包括钛和氮化钛按照设定比例混合后形成的材料。通过设置电极层25，即超材料层所采用的具体材料，结合电极层25所包括的多个直线条带结构51和多个回折条带结构52，在确保电极层25能够准确进行电信号传输的基础上，实现红外探测器的红外吸收率大于等于80％，红外探测器的红外吸收谱段为8微米至24微米波段，提高红外探测器对目标物体温度辐射能量的吸收率，进而使得红外探测器具有较高的探测灵敏度。
示例性地，可以根据红外探测器中探测器像元1的具体面积大小对直线条带结构51和回折条带结构52的数量进行调整，本公开实施例对探测器像元1中所包含的直线条带结构51 和回折条带结构52的数量不作具体限定。示例性地，图3示例性地设置所有的直线条带结构 51的尺寸一致，所有的回折条带结构52的尺寸一致，所有的回折条带结构52的排列方向一致，也可以设置电极层25上的图案化结构为不同尺寸直线条带结构51和回折条带结构52的组合，回折条带结构52的排列方向也可以不同。
图5至图9为本公开实施例提供的探测器像元的立体结构分解图。结合图1至图9，探测器像元1包括集成电路衬底21以及位于集成电路衬底21上依次设置的反射层22、支撑层23、热敏层24和钝化层26，结合图3和图9，示例性地设置电极层25位于热敏层24临近钝化层 26的一侧。具体地，图5至图9分别为探测器像元1中由下至上的膜层分解图，图3为形成图8结构后的探测器像元的立体分解图，其中，集成电路衬底21包括读出电路，用于实现信号采集和数据处理，反射层22用于反射红外线至探测器像元1中的吸收板，配合谐振腔实现红外线的二次吸收，支撑层23用于支撑微桥结构，也具有吸收红外辐射的作用，热敏层24用于将温度信号转换为电信号，电极层25用于将热敏层24转换出来的电信号通过左右两侧呈L型的梁结构27传输至集成电路衬底21中的读出电路，且电极层25利用多个直线条带结构51和多个回折条带结构52形成超材料层，两个梁结构27分别传输电信号的正负信号，读出电路通过对获取到的电信号的分析实现非接触式的红外温度检测，钝化层26用于保护电极层25和热敏层24不被氧化或者腐蚀。
探测器像元1中的吸收板包括支撑层23、热敏层24、电极层25和钝化层26，吸收板吸收红外辐射后经由两侧的梁结构27将热传动到集成电路衬底21上进行散热，进而为下一次的温度测量做准备，红外探测器中电信号的传输伴随着热信号的传输，利用梁结构27使得热信号的传输慢于电信号的传输。本公开实施例提供的红外探测器可以为具有条带结构超表面红外吸收特性的焦平面探测器，即非制冷红外焦平面探测器，非制冷红外焦平面探测器从设计到制造可分为微测辐射热计、读出电路和真空封装三大技术模块，微测辐射热计就是本公开实施例所描述的MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)结构。
在硅衬底上通过MEMS技术生长出与桥面结构非常相近的像元，也可以称之为微桥，桥面由多层材料组成，包括吸收红外辐射能量的吸收板和将温度变化转换成电压或电流变化的热敏层24，桥臂，即梁结构27和微桥柱28起到支撑桥面以及电连接的作用。各个微桥的吸收板吸收红外能量后温度发生变化，不同微桥接收到不同能量的热辐射，其自身的温度变化就不同，从而引起各微桥的热敏层24电阻值发生相应的改变，这种变化经由红外探测器内部的读出电路转换成电信号输出，经过红外探测器外部的信号采集和数据处理电路最终得到反映目标温度情况的可视化电子图像。
结合图1至图9，可以设置电极层25包括块状电极结构251和梁状电极结构252，块状电极结构251与梁状电极结构252电绝缘，即设置块状电极结构251与梁状电极结构252不接触，多个直线条带结构51和多个回折条带结构52设置于块状电极结构251上，参照图8 和图3，设置块状电极结构251与热敏层24之间设置有隔离层29，示例性地，构成隔离层29 的材料可以包括氧化硅、氮化硅、碳化硅或者氮氧化硅中的一种或多种。
具体地，将多个直线条带结构51和多个回折条带结构52设置在块状电极结构251上，块状电极结构251此时不再起到电信号传输的作用，而是利用其上的多个直线条带结构51和多个回折条带结构52形成超材料层，使得整个红外探测器吸收的红外电磁波信号的强度增加，从而提高了入射红外电磁波的吸收率，使得探测器在8微米至24微米波段内有很好的吸收特性，大大提高了红外探测器对目标物体温度辐射能量的吸收率，进而使得红外探测器具有较高的探测灵敏度。
梁状电极结构252则用于将热敏层24转换出来的电信号传输至集成电路衬底21，上方和右侧的图案化电极构成一个梁状电极结构252，下方和左侧的图案化电极构成一个梁状电极结构252，两个梁状电极结构252分别用于传输正负电信号。另外，需要在块状电极结构251与热敏层24之间设置隔离层29，隔离层29用于绝缘块状电极结构251和热敏层24，避免块状电极结构251影响热敏层24的电阻，进而影响热敏层24进行温度信号与电信号转换的过程。具体地，可以在形成热敏层24后，在热敏层24的部分区域形成隔离层29，即仅在热敏层24 上对应块状电极结构251的区域形成隔离层29，热敏层24上对应梁状电极结构252的区域不形成隔离层29，这样，隔离层29能够有效绝缘块状电极结构251和热敏层24，且隔离层29 的设置不影响热敏层24向梁状电极结构252传输电信号。
图10为本公开实施例提供的另一种探测器像元的立体结构分解图。图10与图3对应，与图3所示结构的探测器像元不同的是，图10所示结构的探测器像元中，电极层25包括第一块状电极结构253和第二块状电极结构254，以及第一梁状电极结构255和第二梁状电极结构256，第一块状电极结构253与第一梁状电极结构255连接，第二块状电极结构254与第二梁状电极结构256连接，第一块状电极结构253与第二块状电极结构254电绝缘，即第一块状电极结构253与第二块状电极结构254不接触，此时电极层25与热敏层24之间无需设置隔离层，第一块状电极结构253与第一梁状电极结构255构成的整体，第二块状电极结构254与第二梁状电极结构256构成的整体，分别用于传输正负电信号。
另外，第一块状电极结构253上设置有直线条带结构51和回折条带结构52，第二块状电极结构254上设置有直线条带结构51和回折条带结构52，同样可以利用电极层25上的多个直线条带结构51和多个回折条带结构52形成的超材料层吸收的红外电磁波与微桥式探测器结构本身吸收的红外电磁波叠加，使得探测器在8微米至24微米波段内有很好的吸收特性，大大提高了红外探测器对目标物体温度辐射能量的吸收率和红外探测器的探测灵敏度。
可选地，结合图1至图10，还可以设置电极层25位于热敏层24临近支撑层23的一侧。具体地，可以在形成支撑层23后，形成电极层25，并在电极层25上形成多个直线条带结构 51和多个回折条带结构52，然后在电极层25上形成热敏层24，同样可以利用电极层25上的多个直线条带结构51和多个回折条带结构52形成的超材料层吸收的红外电磁波与微桥式探测器结构本身吸收的红外电磁波叠加，使得探测器在8微米至24微米波段内有很好的吸收特性，大大提高了红外探测器对目标物体温度辐射能量的吸收率，进而使得红外探测器具有较高的探测灵敏度。
可选地，结合图1至图10，可以设置反射层22至钝化层26之间的腔体构成谐振腔，设置谐振腔的高度大于等于1微米，小于等于2.5微米。具体地，红外探测器中的光学谐振腔包括反射层22、吸收板以及反射层22与吸收板之间的腔体，吸收板包括支撑层23、热敏层24、电极层25和钝化层26，谐振腔的高度则为反射层22的厚度、吸收板的厚度以及反射层22与吸收板之间腔体高度的总和。
具体地，通过调整光学谐振腔的高度，可以提高红外探测器对红外辐射的吸收率，部分入射的红外辐射能量会穿透微桥结构的吸收板，在微桥下方制作一层红外反射层22，红外反射层22能够将从上方投射来的红外辐射能量反射回吸收板进行二次吸收。吸收板与反射层22 之间的距离对于二次吸收的效果有较大影响。设置谐振腔的高度大于等于1微米，小于等于 2.5微米，能够有效增加吸收板对反射回来的红外辐射能量的吸收率，增强红外探测器对特定波段红外辐射的吸收率，结合电极层25上的多个直线条带结构51和多个回折条带结构52构成的超材料层，使得红外探测器的红外吸收率大于等于80％，红外探测器的红外吸收谱段为8 微米至24微米波段，即使得红外探测器实现了8微米至24微米的宽谱超强吸收，大大提高了红外探测器对目标物体温度辐射能量的吸收率，进而使得红外探测器具有较高的探测灵敏度。
可选地，结合图1至图10，可以设置电极层25的厚度小于等于50纳米，即可以设置电极层25沿垂直于集成电路衬底21方向的厚度小于等于50纳米。具体的，电极层25，即超材料层的特性可以通过关键物理尺寸的结构有序设计来调控，通过调整超材料层的物理尺寸及材料参数，能够使超材料层吸收的红外电磁波与入射红外电磁波的电磁分量产生耦合。设置电极层25的厚度小于等于50纳米，使得红外探测器的红外吸收率大于等于80％，红外探测器的红外吸收谱段为8微米至24微米波段，避免电极层25厚度过大，即超材料层厚度过大影响红外探测器的红外吸收谱段，影响红外探测器的探测灵敏度。另外，设置电极层25的厚度小于等于50纳米，有利于减小梁结构27上电极层25的厚度，进而有利于减小梁结构27上的热导。
可选地，结合图1至图10，可以设置直线条带结构51和与其相邻的回折条带结构52之间的最小距离d大于等于0.5微米，小于等于3微米。优选地，可以设置直线条带结构51的线条宽度大于等于0.1微米，小于等于0.5微米，回折条带结构52的线条宽度大于等于0.1微米，小于等于0.5微米。同样地，超材料层的特性可以通过关键物理尺寸的结构有序设计来调控，通过调整电极层25，即超材料层的物理尺寸及材料参数，能够使超材料层吸收的红外电磁波与入射红外电磁波的电磁分量产生耦合，使特定频带的入射电磁波的绝大部分，进而使得红外探测器的红外吸收率大于等于80％，红外探测器的红外吸收谱段为8微米至24微米波段。
本公开实施例还提供了一种红外探测器制备方法。图11为本公开实施例提供的一种红外探测器制备方法的流程示意图，红外探测器制备方法可以用于上述实施例的红外探测器的制备。如图11所示，红外探测器制备方法包括：
S1、形成整面的电极层。
S2、刻蚀电极层形成电极层中的块状图案和梁状图案，以及形成的多个直线条带结构和多个回折条带结构。
可选地，以图3所示结构的探测器像元为例体现红外探测器的制备过程，探测器制备方法具体可以包括在集成电路衬底21上依次形成反射层22、牺牲层(图3中未示出)、支撑层 23和热敏层24，在热敏层24上形成整面的电极层25，刻蚀电极层25形成电极层25中的块状图案和梁状图案，即形成块状电极结构251和梁状电极结构252，以及形成的多个直线条带结构51和多个回折条带结构52，即刻蚀电极图案的同时，将金属阵列多个直线条带结构51 和多个回折条带结构52一并刻蚀出来，在电极层25上形成钝化层26，释放牺牲层，即去除掉牺牲层。
可选地，探测器制备方法还可以具体包括，在集成电路衬底21上依次形成反射层22、牺牲层和支撑层23，在支撑层23上形成整面的电极层25，刻蚀电极层25形成电极层中的块状图案和梁状图案，以及形成的多个直线条带结构51和多个回折条带结构52，在电极层25上一侧形成热敏层24和钝化层26，即设置电极层25位于热敏层24临近支撑层23的一侧，最后释放牺牲层。
这样，本公开实施例利用电极层上的多个直线条带结构和多个回折条带结构形成的超材料层与微桥式探测器结构相结合，电极层上的多个直线条带结构和多个回折条带结构形成的超材料层吸收的红外电磁波与微桥式探测器结构本身吸收的红外电磁波叠加，即电极层上的多个直线条带结构和多个回折条带结构形成的超材料层的设置使得整个红外探测器吸收的红外电磁波信号的强度增加，从而提高了入射红外电磁波的吸收率，使得红外探测器的红外吸收率大于等于80％，红外探测器的红外吸收谱段达到8微米至24微米波段，即使得红外探测器实现了8微米至24微米的宽谱超强吸收，使得探测器在8微米至24微米波段内有很好的吸收特性，大大提高了红外探测器对目标物体温度红外辐射能量的吸收率，进而使得红外探测器具有较高的探测灵敏度。
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微桥结构，微桥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，进而导致整个微桥结构的热导较大，微桥结构形成的红外探测器的探测性能较差。另外，几何对称设计的微桥结构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。
在上述实施例的基础上，图12为本公开实施例提供的另一种探测器像元的立体结构示意图，图13为本公开实施例提供的一种探测器像元的局部俯视结构示意图，图14为本公开实施例提供的另一种探测器像元的立体分解示意图。结合图12至图14，探测器像元包括至少两个梁结构27，这里示例性地设置探测器像元包括两个梁结构27，每个梁结构27分别连接吸收板6和微桥柱28。
具体地，探测器像元包括集成电路衬底21、吸收板6和梁结构27，集成电路衬底21上包含有对电信号进行读取和处理的读出电路和位于集成电路衬底21上对红外辐射进行二次反射的反射层22，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。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传递到集成电路衬底的读出电路，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。
另外，图12至图14仅示例性地设置电极层25位于热敏层24临近集成电路衬底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14示例性地设置电极层25在吸收板6上分布为两个块状大面积图案化电极251，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12至图14设置探测器像元包括两个梁结构27，两个梁结构27中，由吸收板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12至图14，主要参照图13，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。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。
探测器像元的热量从中间的吸收板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12至图14，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，吸收板6上的热量同步传送到梁结构27连接吸收板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，并由集成电路衬底21进行散热。
这样，热量由吸收板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，降低了探测器像元的总热导，优化了探测器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 Temperature Difference，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12至图14仅示例性地设置探测器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，确保探测器像元包括至少一个热对称结构7即可。
另外，图12至图14中未示出电极层25上形成有多个直线条带结构和多个回折条带结构，直线条带结构和回折条带结构沿垂直于直线条带结构的方向交替排列，也可以如图3所示设置每个探测器像元的电极层25上形成多个直线条带结构51和多个回折条带结构52，直线条带结构51和回折条带结构52沿垂直于直线条带结构51的方向交替排列，以实现红外探测器的红外吸收率大于等于80％，红外探测器的红外吸收谱段为8微米至24微米波段。
可选地，可以设置支撑层23的等下厚度大于等于100埃，小于等于2000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，进而优化探测器像元的热导，可以采用PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor 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12至图14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，有利于进一步提高热对称微桥结构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12至图14，吸收板6上的热量同步传送到梁结构27连接吸收板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，并由集成电路衬底21进行散热。这样，热量由吸收板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，使得探测器像元的总热导降至最低，最大程度上优化了探测器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12至图14，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12至图14，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12至图14，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12至图14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12至图14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15所示，设置单个梁结构回折1次，单个梁结构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，单个梁结构包括一个连接杆8。也可以如图16所示，设置单个梁结构回折3次，单个梁结构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，单个梁结构包括一个连接杆8。也可以如图17所示，设置单个梁结构回折5次，单个梁结构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，单个梁结构包括两个连接杆8。
可选地，可以设置探测器像元包括一组或者两组对角设置的两个微桥柱28，如图12至图17，示例性地设置探测器像元包括两组对角设置的两个微桥柱28，即设置探测器像元包括四个微桥柱28，也可以设置探测器像元包括一组对角设置的两个微桥柱28，即设置探测器像元包括两个微桥柱28。
示例性地，如图18所示，可以设置探测器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19所示，探测器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20所示，探测器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12至图17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21所示，设置四个微桥柱28非对称设置，探测器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12至图21，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，进而提高探测器像元的力学强度和结构稳定性。也可以如图 22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23为本公开实施例提供的另一种探测器像元的立体结构示意图。如图23所示，可以设置探测器像元包括四个梁结构，即探测器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12至图14，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23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，有利于减小探测器像元的总热导，优化探测器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与吸收板6具有两个连接点，如图12至图14、图16、图18至图20以及图22，每个梁结构27与吸收板6具有两个连接点，图23中位于吸收板6 上下的两个梁结构27均与吸收板6具有两个连接点。
图24为现有技术采用的一种微桥结构的立体结构示意图。如图24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，梁结构与吸收板同时制作，梁结构厚度的增加导致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叫较差。或者，也可以仅将梁结构的厚度设置的较大，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12至图23，可以设置位于吸收板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12至图17以及图21至图23为例，位于吸收板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18和图19为例，位于吸收板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20为例，位于吸收板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25为本公开实施例提供的另一种探测器像元的立体结构示意图，图26为本公开实施例提供的另一种探测器像元的局部俯视示意图。在上述实施例的基础上，结合图12至图14 以及图25和图26，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12至图14以及图25和图26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起到增强探测器像元的稳定性的作用，进一步提高了探测器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处对应设置支撑杆91、支撑杆92和支撑杆93，同样能够进一步增强热对称微桥结构的稳定性。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12至图14以及图25和图26，可以设置位于吸收板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像元构成的红外探测器的结构稳定性。
另外，对于图16、图17以及图22和图23，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25和图26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12至图14以及图25和图26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，提高探测器像元的稳定性。示例性地，也可以如图27所示，在应力集中位置设置图27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，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 (7)
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像元，每个所述探测器像元包括电极层，所述电极层上设置有多个直线条带结构和多个回折条带结构，所述直线条带结构和所述回折条带结构沿垂直于所述直线条带结构的方向交替排列；
所述红外探测器的红外吸收谱段为8微米至24微米波段；
所述探测器像元包括：
集成电路衬底以及位于所述集成电路衬底上依次设置的反射层、支撑层、热敏层和钝化层；
所述电极层位于所述热敏层临近所述钝化层的一侧，或者所述电极层位于所述热敏层临近所述支撑层的一侧；
所述探测器像元包括至少两个梁结构，每个所述梁结构分别连接吸收板和微桥柱；
至少两个所述梁结构中，由所述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相同；
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；
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％。
2.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述电极层包括块状电极结构和梁状电极结构，所述块状电极结构与所述梁状电极结构电绝缘，所述直线条带结构和所述回折条带结构设置于所述块状电极结构上；
所述块状电极结构与所述热敏层之间设置有隔离层。
3.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述电极层包括第一块状电极结构和第二块状电极结构，以及第一梁状电极结构和第二梁状电极结构；
所述第一块状电极结构与所述第一梁状电极结构连接，所述第二块状电极结构与所述第二梁状电极结构连接，所述第一块状电极结构与所述第二块状电极结构电绝缘；
所述第一块状电极结构上设置有所述直线条带结构和所述回折条带结构，所述第二块状电极结构上设置有所述直线条带结构和所述回折条带结构。
4.根据权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述反射层至所述钝化层之间的腔体构成谐振腔，所述谐振腔的高度大于等于1微米，小于等于2.5微米。
5.根据权利要求1-3任一项所述的红外探测器，其特征在于，所述电极层的厚度小于等于50纳米。
6.根据权利要求1-3任一项所述的红外探测器，其特征在于，所述直线条带结构和与其相邻的所述回折条带结构之间的最小距离大于等于0.5微米，小于等于3微米；
所述直线条带结构的线条宽度大于等于0.1微米，小于等于0.5微米，所述回折条带结构的线条宽度大于等于0.1微米，小于等于0.5微米。
7.一种红外探测器制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1-6任一项所述的红外探测器，所述红外探测器制备方法包括：
形成整面的电极层；
刻蚀所述电极层形成所述电极层中的块状图案和梁状图案，以及
形成多个所述直线条带结构和多个所述回折条带结构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wei Bin Inventor after: Zhai Guangjie Inventor after: Pan Hui Inventor after: Wu Pei Inventor before: Wei Bin Inventor before: Zhai Guangjie Inventor before: Zhai Guangqiang |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |