CN113328001A - 红外探测器像素结构和红外探测器 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种红外探测器像素结构和红外探测器，红外探测器像素结构包括：衬底以及位于衬底上依次设置的第一结构层和第二结构层；第一结构层包括至少两个梁结构，每个梁结构分别连接中间支撑结构和微桥柱，由中间支撑结构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形成热对称结构；其中，第一半桥结构的长度大于第二半桥结构的长度，沿垂直于衬底的方向，第一半桥结构的厚度大于第二半桥结构的厚度；第一结构层包括第一电极层，第二结构层包括第二电极层和热敏层，第二电极层通过第一电极层电连接至微桥柱。该红外探测器像素结构能够提高红外探测器的NETD性能。
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像素结构和红外探测器。
背景技术
红外探测器的工作原理是将接收到的红外辐射信号转换成热信号，再将热信号转换为电信号，并对电信号进行处理后输出。温度分辨率或灵敏度通常又会被称作噪声等效温差(Noise Equivalent Temperature Difference，NETD)，是红外探测器能够检测到的高于其背景噪声的最小温度差，是衡量红外探测器性能的一个重要参数。
目前的红外探测器中，梁结构会影响热敏层的尺寸，热敏层的面积较小，红外探测器像素结构的辐射吸收量较低，导致红外探测器的NETD性能较差。
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像素结构和红外探测器，能够提高红外探测器的NETD性能。
第一方面，本公开实施例提供了一种红外探测器像素结构，包括：
衬底以及位于所述衬底上依次设置的第一结构层和第二结构层；
所述第一结构层包括至少两个梁结构，每个所述梁结构分别连接中间支撑结构和微桥柱，至少两个所述梁结构中，由所述中间支撑结构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形成热对称结构；其中，所述第一半桥结构的长度大于所述第二半桥结构的长度，沿垂直于所述衬底的方向，所述第一半桥结构的厚度小于所述第二半桥结构的厚度；
所述第一结构层包括第一电极层，所述第二结构层包括第二电极层和热敏层，所述第二电极层通过所述第一电极层电连接至所述微桥柱。
可选地，所述第一结构层与所述衬底之间的第一牺牲层和所述第二结构层与所述第一结构层之间的第二牺牲层中，至少构成所述第一牺牲层的材料包括氧化硅。
可选地，至少两个所述梁结构包括临近所述衬底一侧设置的第一支撑层，构成所述第一支撑层的材料包括氧化铝、非晶碳、非晶硅、非晶锗或者非晶硅锗中的至少一种。
可选地，所述第一半桥结构包括第一支撑层、所述第一电极层和第一钝化层，所述第二半桥结构包括所述第一支撑层。
可选地，所述第一半桥结构包括第一支撑层和所述第一电极层，所述第二半桥结构包括所述第一支撑层。
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。
可选地，所述第二电极层位于所述热敏层临近所述衬底的一侧，所述热敏层与所述第二电极层接触设置；或者，所述第二电极层位于所述热敏层远离所述衬底的一侧，所述热敏层与所述第二电极层之间设置有介质层。
可选地，所述第二结构层还包括第二支撑层和第二钝化层，所述第二电极层和所述热敏层位于所述第二支撑层和所述第二钝化层之间，所述第二支撑层位于所述第二钝化层临近所述衬底的一侧；
所述第二电极层位于所述热敏层临近所述衬底的一侧，所述热敏层与所述第二电极层接触设置；或者，所述第二电极层位于所述热敏层远离所述衬底的一侧，所述热敏层与所述第二电极层之间设置有介质层。
可选地，所述第一电极层对应所述中间支撑结构所在位置设置有第一电极结构和第二电极结构，所述第一电极结构和所述第二电极结构分别用于传输正热敏信号和负热敏信号；
所述第二电极层包括第三电极结构和第四电极结构，所述第三电极结构通过第一通孔与所述第一电极结构电连接，所述第四电极结构通过第二通孔与所述第二电极结构电连接。
可选地，所述第一通孔和所述第二通孔为独立通孔，或者所述第一通孔和所述第二通孔连通为一个通孔。
第二方面，本公开实施例提供了一种红外探测器，包括阵列排布的多个如第一方面提供的任一种红外探测器像素结构。
本公开提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
(1)通过衬底上依次设置的第一结构层和第二结构层，第一结构层包括至少两个梁结构，每个梁结构分别连接中间支撑结构和微桥柱，第一结构层包括第一电极层，第二结构层包括第二电极层和热敏层，第二电极层通过第一电极层电连接至微桥柱，将热敏层和梁结构设置于不同的结构层，能够增大热敏层的面积，提高红外探测器像素结构的辐射吸收量，进而提高红外探测器的辐射吸收量，且能够减小红外探测器像素结构的尺寸，有利于红外探测器的小型化发展。
(2)通过两个梁结构中，由中间支撑结构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形成热对称结构，其中，第一半桥结构的长度大于第二半桥结构的长度，沿垂直于衬底的方向，第一半桥结构的厚度小于第二半桥结构的厚度，实现了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％，降低了红外探测器像素结构的总热导，进而提高了红外探测器的红外探测性能，且减小了红外探测器像素结构在相同力的作用下受到的应力和形变，提高了红外探测器像素结构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红外探测器像素结构的立体结构示意图；
图2为本公开实施例提供的一种第一结构层的分解结构示意图；
图3为本公开实施例提供的一种第二结构层的分解结构示意图；
图4为本公开实施例提供的一种第一结构层的局部俯视结构示意图；
图5为本公开实施例提供的另一种红外探测器像素结构的立体结构示意图；
图6为本公开实施例提供的又一种红外探测器像素结构的立体结构示意图；
图7为本公开实施例提供的又一种红外探测器像素结构的立体结构示意图；
图8为本公开实施例提供的又一种红外探测器像素结构的立体结构示意图；
图9为本公开实施例提供的又一种红外探测器像素结构的立体结构示意图；
图10为本公开实施例提供的又一种红外探测器像素结构的立体结构示意图；
图11为本公开实施例提供的又一种红外探测器像素结构的立体结构示意图；
图12为本公开实施例提供的一种红外探测器像素结构的膜层结构示意图；
图13为本公开实施例提供的又一种红外探测器像素结构的立体结构示意图；
图14为本公开实施例提供的又一种红外探测器像素结构的立体结构示意图；
图15为本公开实施例提供的又一种红外探测器像素结构的立体结构示意图；
图16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发明的上述目的、特征和优点，下面将对本发明的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明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发明，但本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
图1为本发明实施例提供的一种红外探测器像素结构的立体结构示意图，图2为本公开实施例提供的一种第一结构层的分解结构图，图3为本公开实施例提供的一种第二结构层的分解结构图，图4为本公开实施例提供的一种第一结构层的俯视结构示意图，结合图1-图4所示，红外探测器像素结构100包括衬底110以及位于衬底110上依次设置的第一结构层120和第二结构层130，第一结构层120包括至少两个梁结构121，每个梁结构121分别连接中间支撑结构122和微桥柱140。第一结构层120包括第一电极层124，第二结构层130包括第二电极层132和热敏层133，第二电极层132通过第一电极层124电连接至微桥柱140。
具体的，衬底110上包含有对电信号进行读取和处理的读出电路，在衬底110的一侧设置有反射层150，反射层150用于对红外辐射进行二次反射。热敏层133能够吸收目标物体的红外辐射能量，并将温度信号转换成电信号。第二电极层132用于调节热敏层133的电阻，并将热敏层133的电信号传输至第一电极层124。第一电极层124再通过梁结构121以及微桥柱140将第二电极层132传输的电信号传递到衬底110的读出电路，同时梁结构121还是一种热传导的部件，用于散热。由此可知，第二结构层130用于吸收目标物体的红外辐射能量，并将辐射能量转换为电信号，第一电极层124和第二电极层132用于传递第二结构层130产生的电信号至衬底110的读出电路，以实现红外探测器的红外检测功能。
本公开实施例设置热敏层133位于第二结构层130内，梁结构121位于第一结构层120内，即热敏层133的和梁结构121设置于不同的结构层内，梁结构121的面积不会对第二结构层130的面积造成影响有利于实现更大面积的第二结构层130，从而能够提高第二结构层130吸收的红外辐射量，即能够提高红外探测器像素结构的辐射吸收量，进而提高红外探测器的辐射吸收量，利于提高红外探测器的NETD性能。此外，红外探测器像素结构100的尺寸不再受制于梁结构121的面积与第二结构层130的面积之和，能够减小红外探测器像素结构100的尺寸，有利于红外探测器向小型化发展。
至少两个梁结构121中，由中间支撑结构122向对应的微桥柱140的梁路径中，交汇于同一节点的两条并行梁结构121分别为第一半桥结构1211和第二半桥结构1212，第一半桥结构1211和第二半桥结构1212形成热对称结构，如图4所示。其中，第一半桥结构1211的长度大于第二半桥结构1212的长度，沿垂直于衬底110的方向，第一半桥结构1211的厚度大于第二半桥结构1212的厚度。
示例性的，如图4所示，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，热对称结构中的第一半桥结构1211的长度大于第二半桥结构1212的长度，因此，并行梁结构a为第一半桥结构1211，并行梁结构b为第二半桥结构1212，二者构成一个热对称结构，并行梁结构c为第一半桥结构1211，并行梁结构d为第二半桥结构1212，二者构成一个热对称结构，并行梁结构e为第一半桥结构1211，并行梁结构f为第二半桥结构1212，二者构成一个热对称结构。
第一半桥结构1211的厚度大于第二半桥结构1212的厚度，在第一半桥结构1211和第二半桥结构1212长度相等的情况下，第一半桥结构1211由于其厚度较大，相较于第二半桥结构1212，其上的热量传导速度更快。本公开实施例对第一半桥结构1211和第二半桥结构1212的长度进行不对称设计，即设置第一半桥结构1211的长度大于第二半桥结构1212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1211上的热量传导速度，进而实现了热对称结构中的第一半桥结构1211与第二半桥结构1212的热导非平衡差值小于等于设定值，设定值例如可以为20％，即热对称结构中的第一半桥结构1211与第二半桥结构1212的热量传导速度的差距小于等于20％，以第一半桥结构1211的热量传导速度为1为例，则第二半桥结构1212的热量传导速度大于等于0.8，小于等于1.2。
结合图1-图4，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，第二结构层130的热量经过并行梁结构a和并行梁结构b后，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140和下方的微桥柱140上，并由衬底110进行散热。
这样，热量由第二结构层130，经过第一半桥结构1211达到下方微桥柱140和经过第二半桥结构1212到达上方微桥柱140的时间相近，进而实现了梁结构121上的热平衡，降低了红外探测器像素结构100的总热导，优化了红外探测器的总热导，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1211的长度，大于厚度较小的第二半桥结构1212的长度，相较于第一半桥结构1211和第二半桥结构1212的长度完全相同的对称结构，减小了红外探测器像素结构100在相同力的作用下受到的应力和形变，相同作用力下，红外探测器像素结构100受到的应力降低至少10％，形变降低至少50％，提高了红外探测器像素结构100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-图4仅示例性地设置红外探测器像素结构100包括三个第一半桥结构1211和三个第二半桥结构1212构成的三个热对称结构，本公开实施例对红外探测器像素结构100中所包含的热对称结构的具体数量不作限定，确保红外探测器像素结构100包括至少一个热对称结构即可。
可选地，图5为本公开实施例提供的另一种红外探测器像素结构的立体结构示意图。第一结构层120可以如图1-图4所示包括两个梁结构121，第一结构层120还可以如图5所示包括四个梁结构121，即第一结构层120包括沿第一方向XX’设置的第一梁结构121a和第二梁结构121b，以及沿第二方向YY’设置的第三梁结构121c和第四梁结构121d，第一方向XX’垂直于第二方向YY’。
如图5所示，第一梁结构121a和第二梁结构121b包括热对称结构，热对称结构的位置可参照图1-图4，第三梁结构121c和第四梁结构121d仅包括第一支撑层123，即第三梁结构121c和第四梁结构121d不包括热对称结构，第一梁结构121a和第二梁结构121b满足热对称关系，第三梁结构121c和第四梁结构121d满足热对称关系。
如图5所示，设置第三梁结构121c的热导小于等于第一梁结构121a的热导或者第二梁结构121b的热导，第四梁结构121d热导小于等于第一梁结构121a的热导或者第二梁结构121b的热导，有利于减小红外探测器像素结构100的总热导，优化红外探测器像素结构100构成的红外探测器的红外探测性能。
可选地，继续参见图1-图3，第一结构层120与衬底110之间的第一牺牲层和第二结构层130与第一结构层120之间的第二牺牲层中，至少构成第一牺牲层的材料包括氧化硅。
示例性的，结合图1-图3，以图1-图3所示的红外探测器像素结构100为例，红外探测器像素结构100制备方法可以包括在衬底110上依次形成反射层150、第一牺牲层(图中未示出)、第一支撑层123、第一电极层124、第一钝化层125、第二牺牲层(图中未示出)、第二支撑层131、第二电极层132、热敏层133以及第二钝化层134，释放第一牺牲层和第二牺牲层，即去除掉第一牺牲层和第二牺牲层。
目前的红外探测器，基本采用的CMOS工艺制备的电路和MEMS工艺制备的传感器结构形成的芯片，主要是因为传感器结构选用聚酰亚胺PI作为牺牲层，与CMOS工艺不兼容，所以造成制备工艺需要CMOS工艺和MEMS工艺结合，因此会出现CMOS工艺和MEMS工艺不兼容的情况，使得探测器芯片出现良品率低，产能低，成本高等问题。本公开实施例中，第一牺牲层和第二牺牲层的均可以由氧化硅制备而成，氧化硅与互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)工艺兼容，因此，利用CMOS工艺能够形成第一牺牲层和第二牺牲层。例如：在反射层150一侧形成沉积一层氧化硅层，再通过刻蚀形成带有特定图案的氧化硅层，即形成第一牺牲层。由此可知，衬底110中的读出电路和第一牺牲层均可利用CMOS工艺来制备，有利于实现红外探测器的全CMOS工艺流片，即可以利用CMOS工艺实现红外探测器的一体化制作，有利于提高红外探测器的制作良率和产能，降低红外探测器的制作成本。就CMOS工艺而言，其发展比较成熟，成本较低，因此能够提高红外探测器的良率，降低红外探测器的成本。上述实施例仅以利用氧化硅制备第一牺牲层进行示例性说明，在实际应用中还可以利用氧化硅制备第二牺牲层，同样具备上述实施例的有益效果，这里不进行赘述。
在其他实施方式中，还可以是在第二支撑层131上依次形成热敏层133、第二电极层132以及第二钝化层134，实际应用中可以灵活调整热敏层133和第二电极层132的工艺顺序。
可选地，至少两个梁结构121包括临近衬底110一侧设置的第一支撑层123，构成第一支撑层123的材料包括氧化铝、非晶碳、非晶硅、非晶锗或者非晶硅锗中的至少一种。
示例性的，如图1-图3所示，第一结构层120包括第一支撑层123、第一电极层124和第一钝化层125，第一支撑层123，第一电极层124位于第一支撑层123上，第一支撑层123临近衬底110，第一钝化层125位于第一电极层124上，第一支撑层123起到结构支撑的作用。第一支撑层123可以通过氧化铝材料制备形成，由于氧化铝是CMOS工艺常用的材料，因此可以利用CMOS工艺来制备第一支撑层123。例如：在第一牺牲层的一侧沉积氧化铝层，通过刻蚀形成特定图案的氧化铝层，即形成第一支撑层123。即衬底110上中的读出电路、第一牺牲层以及第一支撑层123均可采用CMOS工艺来实现，有利于实现红外探测器的全CMOS工艺流片，提高红外探测器的良率，降低红外探测器的成本。此外，氧化铝和氧化硅的刻蚀选择比较高，所谓刻蚀选择比可以定义为被刻蚀材料与掩膜层材料刻蚀速率的比值，高刻蚀选择比意味着只刻蚀想要去除的那一层材料而不刻蚀或少刻蚀其他材料，高刻蚀选择比有利于确保关键尺寸和剖面控制，本公开的氧化硅为掩膜层材料，氧化铝为被刻蚀材料，氧化铝和氧化硅的刻蚀选择比较高，形成的第一支撑层123的精度更高。
需要说明的是，本发明实施例仅以第一支撑层123的材料包括氧化铝进行示例性说明，在实际应用中，第一支撑层123的材料可以是氧化铝、非晶碳、非晶硅、非晶锗或者非晶硅锗中的至少一种。
可选地，第一半桥结构1211包括第一支撑层123、第一电极层124和第一钝化层125，第二半桥结构1212包括第一支撑层123。
具体的，第一电极层124可以是钛、氮化钛、钽或氮化钽中的一种或几种，第一半桥结构1211包括第一支撑层123、第一电极层124和第一钝化层125，第一钝化层125起到保护第一电极层124的作用，第二半桥结构1212包括第一支撑层123，从而使得第一半桥结构1211的厚度大于第二半桥结构1212的厚度，具体可以有如下设置方式：
一种是设置第一支撑层123的整体厚度一致，即第一半桥结构1211包括的第一支撑层123的厚度与第二半桥结构1212包括的第一支撑层123的厚度相同；另一种是设置第一半桥结构1211包括的第一支撑层123的厚度与第二半桥结构1212包括的第一支撑层123的厚度不同，例如设置第一半桥结构1211包括的第一支撑层123的厚度大于第二半桥结构1212包括的第一支撑层123的厚度，或者第一半桥结构1211包括的第一支撑层123的厚度小于第二半桥结构1212包括的第一支撑层123的厚度。通过设置第一半桥结构1211包括的第一支撑层123的厚度与第二半桥结构1212包括的第一支撑层123的厚度不同，有利于进一步提高红外探测器像素结构的稳定性和抗冲击能力。
可选地，第一半桥结构1211包括第一支撑层123和第一电极层124，第二半桥结构1212包括第一支撑层123。
具体的，第一电极层124可以是钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金、镍硅合金、镍、铂、钨、铝、铜或金中的一种或几种，与氧化硅有很好的刻蚀选择比，能够有效提高第一电极层124的抗氧化性，降低第一电极层124的导热系数，使得第一结构层120的吸收板上无需设置钝化层，减小了第一结构层120的吸收板的厚度，进而减小了第一结构层120的吸收板结构的热容，降低红外探测器的热响应时间。另外，使得梁结构121上无需设置额外的钝化层，有利于降低梁结构121的热导，提高红外探测器的热响应度。
可选地，结合图1-图4，包含有热对称结构的梁结构121还包括至少一个连接杆1213，连接杆1213用于分隔热对称结构中的第一半桥结构1211和第二半桥结构1212。沿垂直于连接杆1213的方向，第一半桥结构1211和第二半桥结构1212分别位于连接杆1213的两侧。示例性地，连接杆1213可以包括第一支撑层123、第一电极层124和第一钝化层125，用于隔开包括第一支撑层123、第一电极层124和第一钝化层125的第一半桥结构1211和仅包括第一支撑层123的第二半桥结构1212。
具体地，图1-图4示例性地设置两个梁结构121均包括连接杆1213，每个梁结构121包括两个连接杆1213，连接杆1213用于分隔热对称结构中的第一半桥结构1211和第二半桥结构1212，沿垂直于连接杆1213的方向，第一半桥结构1211和第二半桥结构1212分别位于连接杆1213的两侧，即热对称结构中的第一半桥结构1211和第二半桥结构1212之间由连接杆1213隔开且由连接杆1213连接。同样地，利用热导非平衡差值小于等于20％的第一半桥结构1211和第二半桥结构1212构成热对称结构，降低了红外探测器像素结构100的总热导，进而提高了红外探测器的NETD性能，且减小了红外探测器像素结构100在相同力的作用下受到的应力和形变，提高了红外探测器像素结构100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1213的数量不作具体限定，可以根据梁结构121中的回折数量以及第一半桥结构1211和第二半桥结构1212的分布情况设置连接杆1213的位置和具体数量。
图1-图4示例性地设置单个梁结构121回折6次，单个梁结构121包括三个热对称结构，也可以如图6所示，设置单个梁结构121回折1次，单个梁结构121包括一个热对称结构，其中并行梁结构g为第一半桥结构1211，并行梁结构h为第二半桥结构1212，二者交汇于节点E，第一半桥结构1211和第二半桥结构1212构成一个热对称结构，单个梁结构121包括一个连接杆1213。也可以如图7所示，设置单个梁结构121回折3次，单个梁结构121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1211，并行梁结构j为第二半桥结构1212，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1211，并行梁结构l为第二半桥结构1212，单个梁结构121包括一个连接杆1213。也可以如图8所示，设置单个梁结构121回折5次，单个梁结构121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1211，并行梁结构n为第二半桥结构1212，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1211，并行梁结构q为第二半桥结构1212，单个梁结构121包括两个连接杆1213。
可选地，红外探测器像素结构100可以设置包括一组或者两组对角设置的两个微桥柱140，如图1-图8，示例性地设置红外探测器像素结构100包括两组对角设置的两个微桥柱140，即设置红外探测器像素结构100包括四个微桥柱140，也可以设置红外探测器像素结构100包括一组对角设置的两个微桥柱140，即设置红外探测器像素结构100包括两个微桥柱140。
示例性地，如图9所示，可以设置红外探测器像素结构100包括两个梁结构121，单个梁结构121包括一个热对称结构，其中并行梁结构s为第一半桥结构1211，并行梁结构t为第二半桥结构1212，二者的交汇节点为F。也可以如图10所示，红外探测器像素结构100包括两个梁结构121，设置单个梁结构121包括一个热对称结构，其中并行梁结构u为第一半桥结构1211，并行梁结构v为第二半桥结构1212，二者的交汇节点为H。也可以如图11所示，红外探测器像素结构100包括两个梁结构121，设置单个梁结构121包括一个热对称结构，其中并行梁结构w为第一半桥结构1212，并行梁结构x为第二半桥结构1212，二者的交汇节点为K。
可选地，红外探测器像素结构100中的微桥柱140可以如图1-图8所示是空心柱结构，微桥柱140也可以如图9-图11所示是实心柱结构。
示例性的，如图1-图8所示，微桥柱140可以是空心柱结构，空心柱结构的导热小，能够降低整体结构的热导。微桥柱140也可以是实心柱结构，如图9-图11所示，在微桥柱140内部不会有残留的第一牺牲层，从而能够提高红外探测器像素结构100的真空度，避免对红外探测器像素结构100的电学性能造成影响。微桥柱140的阻值与微桥柱140的横截面面积成反比，因此，实心柱结构的电阻较小，能够减小衬底110接收到的噪声。同时，实心柱结够的机械强度较高，能够提高红外探测器像素结构100的结构稳定性。示例性的，实心柱结构的材料可以是铝、铜、钨中的至少一种。
图12为本公开实施例提供的一种红外探测器像素结构的膜层结构示意图。如图12所示，第二电极层132位于热敏层133临近衬底110的一侧，热敏层133与第二电极层132接触设置。
示例性地，如图12所示，红外探测器像素结构100包括衬底110，以及位于衬底110一侧依次设置的第一电极层124、第二电极层132和热敏层133。第二电极层132可以是钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金、镍硅合金、镍、铂、钨、铝、铜或金中的一种或几种，与氧化硅有很好的刻蚀选择比，能够有效提高第二电极层132的抗氧化性，降低第二电极层132的导热系数，使得第二结构130中上无需设置额外的钝化层，有利于降低第二结构层130中吸收板的厚度，进而减小吸收板的热容，降低红外探测器的热响应时间梁结构121的热导，提高红外探测器的热响应度。
此外，热敏层133的材料可以是非晶硅、非晶碳、非晶锗或非晶硅锗中的一种或几种，因此热敏层133充当第二层结构130中的支撑结构，无需制作单独的支撑膜层，有利于进一步减小第二结构层130中吸收板的厚度，进而减小吸收板的热容，降低红外探测器的热响应时间。
需要说明的是，图12仅示例性说明第二电极层132位于热敏层133临近衬底110的一侧，在其他实施方式中，第二电极层132可以位于热敏层133远离衬底110的一侧，热敏层133与第二电极层132之间设置有介质层。
可选地，结合图1-图4，包含有热对称结构的梁结构121还包括至少一个连接杆1213，连接杆1213用于分隔热对称结构中的第一半桥结构1211和第二半桥结构1212。沿垂直于连接杆1213的方向，第一半桥结构1211和第二半桥结构1212分别位于连接杆1213的两侧。示例性地，针对图12所示的结构，连接杆1213可以包括第一支撑层123和第一电极层124，用于隔开包括第一支撑层123和第一电极层124的第一半桥结构1211和仅包括第一支撑层123的第二半桥结构1212。
可选地，图13为本公开实施例提供的又一种红外探测器像素结构的立体结构示意图，结合图1、图3和图13，第二结构层130还包括第二支撑层131和第二钝化层134，第二电极层132和热敏层133位于第二支撑层131和第二钝化层134之间，第二支撑层131位于第二钝化层134临近衬底110的一侧。第二电极层132位于热敏层133临近衬底110的一侧，热敏层133与第二电极层132接触设置。或者，第二电极层132位于热敏层133远离衬底110的一侧，热敏层133与第二电极层132之间设置有介质层137。
示例性的，如图1和图3所示，第二结构层130包括第二支撑层131，以及在第二支撑层131的一侧依次设置的第二电极层132、热敏层133和第二钝化层134，第二支撑层131位于第二钝化层134临近衬底110的一侧。第二支撑层131可以是碳化硅、非晶碳、氧化铝中的至少一种，主要起到结构支撑的作用。第二电极层132的电极材料可以是钛、氮化钛、钽或氮化钽中的一种或几种，第二钝化层134可以是碳化硅、非晶碳、氧化铝中的至少一种，起到保护第二电极层132和热敏层133的作用。热敏层133将吸收的红外辐射能量转换为电信号，第二支撑层131和第一钝化层125上均设置有通孔，第二电极层132通过该通孔将电信号传输至第一电极层124，再经过微桥柱140传输至衬底110。
需要说明的是，第二电极层132可以如图3所示，位于热敏层133临近衬底110的一侧，在其他实施方式中，第二电极层132还可以如图13所示位于热敏层133远离衬底110一侧。
可选地，结合图1-图3所示，第一电极层124对应中间支撑结构122所在位置设置有第一电极结构1241和第二电极结构1242，第一电极结构1241和第二电极结构1242分别用于传输正热敏信号和负热敏信号。
第二电极层132包括第三电极结构1321和第四电极结构1322，第三电极结构1321通过第一通孔135与第一电极结构1241电连接，第四电极结构1322通过第二通孔136与第二电极结构1242电连接。
示例性的，如图1-3所示，第二电极层132位于热敏层133临近衬底110的一侧，第二支撑层131中间位置镂空以形成第一通孔135和第二通孔136，第三电极结构1321通过第一通孔135与第一电极结构1241电连接，用于传输热敏层133产生的正热敏信号，第二电极结构1242通过第二通孔136与第二电极结构1242电连接，用于传输热敏层133产生的负热敏信号。
在其他实施方式中，结合图2和图12所示，第二电极层132位于热敏层133远离衬底110的一侧，第二电极层132与热敏层133之间设置有介质层137，介质层137、热敏层133和第二支撑层131中间位置镂空以形成贯穿介质层137、热敏层133和第二支撑层131的第一通孔135和第二通孔136，第三电极结构1321通过第一通孔135与第一电极结构1241电连接，用于传输热敏层133产生的正热敏信号；第二电极结构1242通过第二通孔136与第二电极结构1242电连接，用于传输热敏层133产生的负热敏信号。
可选地，图14为本公开提供的又一种红外探测器像素结构的立体结构示意图，如图14所示，第一通孔135和第二通孔136为独立通孔，或者第一通孔135和第二通孔136如图1至3以及图13所示连通为一个通孔。
示例性的，如图14所示，第一通孔135和第二通孔136为独立通孔，第一通孔135位于第一电极结构1241对应的区域，第二通孔136位于第二电极结构1242对应的区域，第三电极结构1321和第四电极结构1322通过不同的通孔分别与第一电极结构1241和第二电极结构1242实现电连接。如图3所示，第一通孔135和第二通孔136连通为一个通孔，该通孔露出部分第一电极结构1241和部分二电极结构1242，第三电极结构1321和第四电极结构1322通过同一个通孔分别与第一电极结构1241和第二电极结构1242实现电连接。
可选地，图15为本公开提供的又一种红外探测器像素结构的立体结构示意图，红外探测器像素结构100中的第二电极层132的厚度可以是整面均匀的，第二电极层132对应第一通孔135以及第二通孔136的位置处有凹陷，如图3和图14所示，还可以是第二电极层132对应第一通孔135以及第二通孔136的位置处的厚度大于其他区域的厚度，第二电极层132的表面平整，如图15所示。
示例性的，如图3和图14所示，在第二支撑层131的表面沉积金属层，金属层的厚度小于第二支撑层131的厚度，金属层填充第一通孔135以及第二通孔136内的部分空间，金属层对应第一通孔135以及第二通孔136的位置存在凹陷，再通过刻蚀形成第二电极层132，即第二电极层132对应第一通孔135以及第二通孔136的位置处有凹陷，无需形成较厚的金属层，有利于节省原材料，节约成本。如图15所示，在第二支撑层131的表面沉积金属层，金属层的厚度大于等于第二支撑层131的厚度，金属层填充第一通孔135以及第二通孔136内的所有空间，将金属层的表面研磨平整，再通过刻蚀形成第二电极层132，即第二电极层132的表面平整，此时，第二电极层132对应第一通孔135以及第二通孔136的位置处的厚度较大，机械强度较大，有利于提高红外探测器像素结构100的机械强度，提高红外探测器的结构稳定性。
本公开实施例还提供了一种红外探测器，图16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16所示，红外探测器200包括多个如上述实施例所述的阵列排布的红外探测器像素结构100，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，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述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所述的这些实施例，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)
1.一种红外探测器像素结构，其特征在于，包括：
衬底以及位于所述衬底上依次设置的第一结构层和第二结构层；
所述第一结构层包括至少两个梁结构，每个所述梁结构分别连接中间支撑结构和微桥柱，至少两个所述梁结构中，由所述中间支撑结构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形成热对称结构；其中，所述第一半桥结构的长度大于所述第二半桥结构的长度，沿垂直于所述衬底的方向，所述第一半桥结构的厚度大于所述第二半桥结构的厚度；
所述第一结构层包括第一电极层，所述第二结构层包括第二电极层和热敏层，所述第二电极层通过所述第一电极层电连接至所述微桥柱。
2.根据权利要求1所述的红外探测器像素结构，其特征在于，所述第一结构层与所述衬底之间的第一牺牲层和所述第二结构层与所述第一结构层之间的第二牺牲层中，至少构成所述第一牺牲层的材料包括氧化硅。
3.根据权利要求2所述的红外探测器像素结构，其特征在于，至少两个所述梁结构包括临近所述衬底一侧设置的第一支撑层，构成所述第一支撑层的材料包括氧化铝、非晶碳、非晶硅、非晶锗或者非晶硅锗中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的红外探测器像素结构，其特征在于，所述第一半桥结构包括第一支撑层、所述第一电极层和第一钝化层，所述第二半桥结构包括所述第一支撑层。
5.根据权利要求1所述的红外探测器像素结构，其特征在于，所述第一半桥结构包括第一支撑层和所述第一电极层，所述第二半桥结构包括所述第一支撑层。
6.根据权利要求4或5所述的红外探测器像素结构，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。
7.根据权利要求1所述的红外探测器像素结构，其特征在于，所述第二电极层位于所述热敏层临近所述衬底的一侧，所述热敏层与所述第二电极层接触设置；或者，所述第二电极层位于所述热敏层远离所述衬底的一侧，所述热敏层与所述第二电极层之间设置有介质层。
8.根据权利要求1所述的红外探测器像素结构，其特征在于，所述第二结构层还包括第二支撑层和第二钝化层，所述第二电极层和所述热敏层位于所述第二支撑层和所述第二钝化层之间，所述第二支撑层位于所述第二钝化层临近所述衬底的一侧；
所述第二电极层位于所述热敏层临近所述衬底的一侧，所述热敏层与所述第二电极层接触设置；或者，所述第二电极层位于所述热敏层远离所述衬底的一侧，所述热敏层与所述第二电极层之间设置有介质层。
9.根据权利要求7或8所述的红外探测器像素结构，其特征在于，所述第一电极层对应所述中间支撑结构所在位置设置有第一电极结构和第二电极结构，所述第一电极结构和所述第二电极结构分别用于传输正热敏信号和负热敏信号；
所述第二电极层包括第三电极结构和第四电极结构，所述第三电极结构通过第一通孔与所述第一电极结构电连接，所述第四电极结构通过第二通孔与所述第二电极结构电连接。
10.根据权利要求9所述的红外探测器像素结构，其特征在于，所述第一通孔和所述第二通孔为独立通孔，或者所述第一通孔和所述第二通孔连通为一个通孔。
11.一种红外探测器，其特征在于，包括阵列排布的多个如权利要求1-10任一项所述的红外探测器像素结构。
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