CN113432726A - 一种具有组合柱状结构的红外探测器 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种具有组合柱状结构的红外探测器，红外探测器中，CMOS测量电路系统和CMOS红外传感结构均使用CMOS工艺制备，第一柱状结构位于反射层与梁结构之间，第二柱状结构位于吸收板与梁结构之间，吸收板和梁结构均包括电极层和至少两层介质层，第一柱状结构为实心柱状结构，第二柱状结构为空心柱状结构，第二柱状结构至少包括电极层；或者第一柱状结构为空心柱状结构，第二柱状结构为实心柱状结构，第一柱状结构至少包括电极层。通过本公开的技术方案，解决了传统MEMS工艺红外探测器的性能低，像素规模低，良率低以及一致性差的问题，有利于减小空心柱状结构的热导以及提高红外探测器的结构稳定性，增加吸收板面积，提升红外探测器的红外探测灵敏度。

Description

一种具有组合柱状结构的红外探测器

技术领域

本公开涉及红外探测技术领域，尤其涉及一种具有组合柱状结构的红外探测器。

背景技术

监控市场、车辅市场、家居市场、智能制造市场以及手机应用等领域都对非制冷高性能的芯片有着强烈的需求，且对芯片性能的好坏、性能的一致性以及产品的价格都有一定的要求，每年预计有亿颗以上芯片的潜在需求，而目前的工艺方案和架构无法满足市场需求。

目前红外探测器采用的是测量电路和红外传感结构结合的方式，测量电路采用CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互补金属氧化物半导体)工艺制备，而红外传感结构采用MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微电子机械系统)工艺制备，导致存在如下问题：

(1)红外传感结构采用MEMS工艺制备，以聚酰亚胺作为牺牲层，与CMOS工艺不兼容。

(2)聚酰亚胺作为牺牲层，存在释放不干净影响探测器芯片真空度的问题，还会使后续薄膜生长温度受限制，不利于材料的选择。

(3)聚酰亚胺会造成谐振腔高度不一致，工作主波长难以保证。

(4)MEMS工艺制程的控制远差于CMOS工艺，芯片的性能一致性和探测性能都会受到制约。

(5)MEMS产能低，良率低，成本高，不能实现大规模批量生产。

(6)MEMS现有的工艺能力不足以支撑更高性能的探测器制备，更小的线宽以及更薄的膜厚，不利于实现芯片的小型化。

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，本公开提供了一种具有组合柱状结构的红外探测器，解决了传统MEMS工艺红外探测器的性能低，像素规模低，良率低以及一致性差的问题，有利于减小第二柱状结构的热导以及提高红外探测器的结构稳定性，增加吸收板的面积，提升红外探测器的红外探测灵敏度。

本公开提供了一种具有组合柱状结构的红外探测器，包括：

CMOS测量电路系统和CMOS红外传感结构，所述CMOS测量电路系统和所述CMOS红外传感结构均使用CMOS工艺制备，在所述CMOS测量电路系统上直接制备所述CMOS红外传感结构；

所述CMOS测量电路系统上方包括至少一层密闭释放隔绝层，所述密闭释放隔绝层用于在制作所述CMOS红外传感结构的释放刻蚀过程中，保护所述CMOS测量电路系统不受工艺影响；

所述CMOS红外传感结构的CMOS制作工艺包括金属互连工艺、通孔工艺、IMD工艺以及RDL工艺，所述CMOS红外传感结构包括至少三层金属互连层、至少三层介质层和多个互连通孔，所述金属互连层至少包括反射层和两层电极层，所述介质层至少包括两层牺牲层和一层热敏感介质层；其中，所述热敏感介质层用于将其吸收的红外辐射对应的温度变化转化为电阻变化，进而通过所述CMOS测量电路系统将红外目标信号转化成可实现电读出的信号；

所述CMOS红外传感结构包括由所述反射层和所述热敏感介质层构成的谐振腔、控制热传递的悬空微桥结构以及具有电连接和支撑功能的第一柱状结构和第二柱状结构，所述悬空微桥结构包括吸收板和多个梁结构，所述第一柱状结构位于所述反射层和所述梁结构之间，所述梁结构通过所述第一柱状结构与所述CMOS测量电路系统电连接，所述梁结构位于所述吸收板临近或远离所述CMOS测量电路系统的一侧，所述第二柱状结构位于所述吸收板和所述梁结构之间，所述吸收板用于将红外信号转换为电信号并通过所述第二柱状结构和对应的所述梁结构与对应的所述第一柱状结构电连接，所述吸收板和所述梁结构均包括电极层和至少两层介质层；

所述第一柱状结构为实心柱状结构，所述第二柱状结构为空心柱状结构，所述第二柱状结构至少包括电极层；或者，所述第一柱状结构为空心柱状结构，所述第二柱状结构为实心柱状结构，所述第一柱状结构至少包括电极层；

所述CMOS测量电路系统用于测量和处理一个或多个所述CMOS红外传感结构形成的阵列电阻值，并将红外信号转化为图像电信号；所述CMOS测量电路系统包括偏压产生电路、列级模拟前端电路和行级电路，所述偏压产生电路的输入端连接所述行级电路的输出端，所述列级模拟前端电路的输入端连接所述偏压产生电路的输出端，所述行级电路中包括行级镜像像元和行选开关，所述列级模拟前端电路中包括盲像元；其中，所述行级电路分布在每个像素内并根据时序产生电路的行选通信号选取待处理信号，并在所述偏压产生电路的作用下输出电流信号至所述列级模拟前端电路以进行电流电压转换输出；

所述行级电路受所述行选开关控制而被选通时向所述偏压产生电路输出第三偏置电压，所述偏压产生电路根据输入的恒压及所述第三偏置电压输出第一偏置电压和第二偏置电压，所述列级模拟前端电路根据所述第一偏置电压和所述第二偏置电压得到两路电流，并对所产生的两路电流之差进行跨阻放大并作为输出电压输出。

可选地，在所述CMOS测量电路系统的金属互连层上层或者同层制备所述CMOS红外传感结构。

可选地，所述牺牲层用于使所述CMOS红外传感结构形成镂空结构，构成所述牺牲层的材料是氧化硅，采用post-CMOS工艺腐蚀所述牺牲层。

可选地，所述反射层用于反射红外信号并与所述热敏感介质层形成所述谐振腔，所述反射层包括至少一层金属互连层，所述第一柱状结构采用所述金属互连工艺和所述通孔工艺连接所述梁结构和所述CMOS测量电路系统，所述第二柱状结构采用所述金属互连工艺和所述通孔工艺连接所述吸收板和所述梁结构；

沿远离所述CMOS测量电路系统的方向，所述梁结构依次包括第一介质层、第一电极层和第二介质层，所述吸收板依次包括第三介质层、第二电极层和第四介质层；其中，构成所述第一介质层的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种，构成所述第二介质层的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种，构成所述第三介质层的材料包括由非晶硅、非晶锗、非晶锗硅或非晶碳制备的电阻温度系数大于设定值的材料中的至少一种，构成所述第四介质层的材料包括由非晶硅、非晶锗、非晶锗硅或非晶碳制备的电阻温度系数大于设定值的材料中的至少一种；或者，

沿远离所述CMOS测量电路系统的方向，所述梁结构依次包括第一介质层、第一电极层和第二介质层，所述吸收板依次包括第三介质层、第二电极层、所述热敏感介质层和第四介质层或者所述吸收板依次包括第三介质层、所述热敏感介质层、第二电极层和第四介质层；其中，构成所述第一介质层的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种，构成所述第二介质层的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种，构成所述第三介质层的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种，构成所述第四介质层的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种，构成所述热敏感介质层的材料包括由氧化钛、氧化钒、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶锗氧硅、硅、锗、锗硅、锗氧硅、石墨烯、钛酸锶钡薄膜、铜或铂制备的电阻温度系数大于设定值的材料中的至少一种；

构成所述第一电极层的材料包括钛、氮化钛、钽、氮化钽、钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金、镍硅合金、镍、铬、铂、钨、铝或铜中的至少一种，构成所述第二电极层的材料包括钛、氮化钛、钽、氮化钽、钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金、镍硅合金、镍、铬、铂、钨、铝或铜中的至少一种。

可选地，所述实心柱状结构包括实心结构，构成所述实心结构的材料包括钨、铜或铝中的至少一种；

所述实心结构的侧壁与牺牲层接触设置；或者，

所述实心结构的侧壁包覆有至少一层介质层且所述实心结构与一层所述介质层接触设置，构成所述介质层的材料包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、非晶碳、氧化铝、氧化钛、氧化钒、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶锗氧硅、硅、锗、锗硅、锗氧硅、石墨烯、铜或铂中的至少一种；或者，

所述实心结构的侧壁以及所述实心结构临近所述CMOS测量电路系统的表面包覆有至少一层粘附层，所述实心柱状结构内最外围的所述粘附层远离所述实心结构的侧壁包覆有介质层，构成所述粘附层的材料包括钛、氮化钛、钽或氮化钽中的至少一种，构成所述介质层的材料包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、非晶碳、氧化铝、氧化钛、氧化钒、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶锗氧硅、硅、锗、锗硅、锗氧硅、石墨烯、铜或铂中的至少一种。

可选地，相对设置的所述梁结构之间的所述第一介质层和/或所述第二介质层形成图案化膜层结构，所述图案化膜层结构包括多个条状图案，所述图案化膜层结构中的图案相对于所述梁结构对称设置；

所述吸收板上形成有至少一个孔状结构，所述孔状结构至少贯穿所述吸收板中的介质层；和/或，所述梁结构上形成有至少一个孔状结构，所述孔状结构至少贯穿所述梁结构中的介质层。

可选地，所述红外探测器还包括第一加固结构，所述第一加固结构对应所述实心柱状结构所在位置设置且位于所述实心柱状结构远离所述CMOS测量电路系统的一侧，所述第一加固结构包括加重块状结构。

可选地，所述红外探测器还包括第二加固结构，所述第二加固结构对应所述空心柱状结构所在位置设置。

可选地，所述密闭释放隔绝层位于所述CMOS测量电路系统和所述CMOS红外传感结构之间的界面和/或位于所述CMOS红外传感结构中；

所述密闭释放隔绝层位于所述反射层上且与所述反射层接触设置，所述密闭释放隔绝层包括至少一层介质层，构成所述密闭释放隔绝层的材料包括碳化硅、碳氮化硅、氮化硅、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、硅、锗、锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种。

可选地，所述红外探测器是基于3nm、7nm、10nm、14nm、22nm、28nm、32nm、45nm、65nm、90nm、130nm、150nm、180nm、250nm或350nm CMOS工艺制程；

构成所述金属互连层的金属连线材料包括铝、铜、钨、钛、镍、铬、铂、银、钌或钴中的至少一种。

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：

本公开实施例利用CMOS工艺实现了CMOS测量电路系统和CMOS红外传感结构在CMOS生产线上一体化制备，相较于MEMS工艺，CMOS不存在工艺兼容问题，解决了MEMS工艺面临的技术难点，采用CMOS工艺产线工艺制备红外探测器也可以减小运输成本，减少运输等问题造成的风险；红外探测器以氧化硅作为牺牲层，氧化硅与CMOS工艺完全兼容，制备工艺简单且易于控制，CMOS工艺也不会出现牺牲层聚酰亚胺释放不干净影响探测器芯片真空度的问题，且后续薄膜生长温度不受牺牲层材料的限制，可以实现牺牲层多层工艺设计，不受工艺限制，可以很容易地利用牺牲层实现平坦化，降低工艺难度和可能存在的风险；一体化CMOS工艺制备的红外探测器可实现芯片高良品率、低成本、高产能且大规模集成化生产的目标，为红外探测器提供更广阔的应用市场；基于CMOS工艺的红外探测器可以使红外探测器实现特征结构更小的尺寸和更薄的膜厚，使得红外探测器占空比更大、热导更低、热容更小，从而使得红外探测器的探测灵敏度更高、探测距离更远以及探测性能更好；基于CMOS工艺的红外探测器，可以使探测器像元尺寸更小，实现相同阵列像素下更小的芯片面积，更利于实现芯片小型化；基于CMOS工艺的红外探测器，工艺产线成熟，工艺控制精度更高，可以更好地达到设计要求，产品的一致性更好，更利于电路片调整性能，更利于产业化批量生产。另外，吸收板和梁结构位于不同层，有利于增加吸收板的面积，提升红外探测器的红外探测灵敏度，第一柱状结构为实心柱状结构，有利于提高红外探测器的力学稳定性以及实现红外探测器的小型化，第二柱状结构均为空心柱状结构，吸收板和所述梁结构均包括电极层和至少两层介质层，第二柱状结构均至少包括电极层，有利于减小第二柱状结构的热导，简化红外探测器的制备工艺。

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元的立体结构示意图；

图2为本公开实施例提供的一种红外探测器像元的剖面结构示意图；

图3为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图；

图4为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图；

图5为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图；

图6为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图；

图7为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图；

图8为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图；

图9为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图；

图10为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图；

图11为本公开实施例提供的一种CMOS测量电路系统的结构示意图；

图12为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图；

图13为本公开实施例提供的一种偏振结构的俯视结构示意图；

图14为本公开实施例提供的另一种偏振结构的俯视结构示意图；

图15为本公开实施例提供的另一种偏振结构的俯视结构示意图；

图16为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图；

图17为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图；

图18为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图；

图19为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图；

图20为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图；

图21为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图；

图22为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图；

图23为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图；

图24为本公开实施例提供的一种第一介质层的俯视结构示意图。

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像元的立体结构示意图，图2为本公开实施例提供的一种红外探测器像元的剖面结构示意图。结合图1和图2，红外探测器包括多个阵列排布的红外探测器像元，基于CMOS工艺的红外探测器包括CMOS测量电路系统1和CMOS红外传感结构2，CMOS测量电路系统1和CMOS红外传感结构2均使用CMOS工艺制备，在CMOS测量电路系统1上直接制备CMOS红外传感结构2。

具体地，CMOS红外传感结构2用于将外部红外信号转换为电信号并传输至CMOS测量电路系统1，CMOS测量电路系统1根据接收到的电信号反映出对应红外信号的温度信息，实现红外探测器的温度检测功能。设置CMOS测量电路系统1和CMOS红外传感结构2均使用CMOS工艺制备，在CMOS测量电路系统1上直接制备CMOS红外传感结构2，即先采用CMOS工艺制备CMOS测量电路系统1，再利用CMOS生产线以及该生产线兼容的各项工艺的参数，利用CMOS工艺连续制备CMOS红外传感结构2。

由此，本公开实施例利用CMOS工艺实现了CMOS测量电路系统1和CMOS红外传感结构2在CMOS生产线上一体化制备，相较于MEMS工艺，CMOS不存在工艺兼容问题，解决了MEMS工艺面临的技术难点，采用CMOS产线工艺制备红外探测器也可以减小运输成本，减少运输等问题造成的风险；红外探测器以氧化硅作为牺牲层，氧化硅与CMOS工艺完全兼容，制备工艺简单且易于控制，CMOS工艺也不会出现牺牲层聚酰亚胺释放不干净影响探测器芯片真空度的问题，且后续薄膜生长温度不受牺牲层材料的限制，可以实现牺牲层多层工艺设计，不受工艺限制，可以很容易地利用牺牲层实现平坦化，降低工艺难度和可能存在的风险；一体化CMOS工艺制备的红外探测器可实现芯片高良品率、低成本、高产能且大规模集成化生产的目标，为红外探测器提供更广阔的应用市场；基于CMOS工艺的红外探测器可以使红外探测器实现特征结构更小的尺寸和更薄的膜厚，使得红外探测器占空比更大、热导更低、热容更小，从而使得红外探测器的探测灵敏度更高、探测距离更远以及探测性能更好；基于CMOS工艺的红外探测器，可以使探测器像元尺寸更小，实现相同阵列像素下更小的芯片面积，更利于实现芯片小型化；基于CMOS工艺的红外探测器，工艺产线成熟，工艺控制精度更高，可以更好地达到设计要求，产品的一致性更好，更利于电路片调整性能，更利于产业化批量生产。

结合图1和图2，CMOS红外传感结构2包括由反射层4和热敏感介质层构成的谐振腔以及控制热传递的悬空微桥结构40，以及具有电连接和支撑功能的第一柱状结构61和第二柱状结构62。具体地，CMOS红外传感结构2包括位于CMOS测量电路系统1上的反射层4以及控制热传递的悬空微桥结构40，悬空微桥结构40包括吸收板10，吸收板10包括热敏感介质层，反射层4与热敏感介质层之间构成谐振腔。悬空微桥结构40包括吸收板10和多个梁结构11，梁结构11位于吸收板10临近或者远离CMOS测量电路系统1的一侧，图1示例性地设置悬空微桥结构40包括两个梁结构11，梁结构11位于吸收板10临近CMOS测量电路系统1的一侧。

第一柱状结构61位于反射层4和梁结构11之间，梁结构11通过第一柱状结构61与CMOS测量电路系统1电连接，即第一柱状结构61直接电连接反射层4中的支撑底座42和对应的梁结构11，梁结构11通过第一柱状结构61和支撑底座42与CMOS测量电路系统1电连接，第一柱状结构61用于在反射层4和对应的梁结构11之间的牺牲层释放后支撑对应的梁结构11。第二柱状结构62位于吸收板10与梁结构11之间，第二柱状结构62直接电连接吸收板10和梁结构11，吸收板10用于将红外信号转换为电信号并通过第二柱状结构62和梁结构11与第一柱状结构61电连接，即吸收板10经由红外信号转换来的电信号依次通过第二柱状结构62、梁结构11、第一柱状结构61和支撑底座42传输至CMOS测量电路系统1，CMOS测量电路系统1处理接收到的电信号以反映出温度信息，实现红外探测器非接触式的红外温度检测，第二柱状结构62用于在对应的吸收板10与对应的梁结构11之间的牺牲层释放掉后支撑对应的吸收板10。

CMOS红外传感结构2通过不同的电极结构输出正电信号和接地电信号，正电信号和接地电信号通过不同组柱状结构传输至对应的支撑底座42，一组柱状结构包括一个第一柱状结构61和一个第二柱状结构62。示例性地，可以设置沿平行于CMOS测量电路系统1的方向，CMOS红外传感结构2包括两组柱状结构，可以设置其中一组柱状结构用于传输正电信号，另一组柱状结构用于传输接地电信号。也可以如图1所示，设置沿平行于CMOS测量电路系统1的方向，CMOS红外传感结构2包括四组柱状结构，四组柱状结构可以两两为一组分别传输正电信号和接地电信号，由于红外探测器包括多个阵列排布的红外探测器像元，四组柱状结构也可以选择其中的两组柱状结构分别传输正电信号和接地电信号，另外两组柱状结构供给相邻的红外探测器像元进行电信号的传输。另外，反射层4包括反射板41和支撑底座42，反射层4的一部分用于充当第一柱状结构61与CMOS测量电路系统1电连接的电介质，即支撑底座42，反射板41则用于反射红外线至吸收板10中的热敏感介质层，配合反射层4和吸收板10中的热敏感介质层之间形成的谐振腔实现红外线的二次吸收，以提高红外探测器的红外吸收率，优化红外探测器的红外探测性能。

图3为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图。与图1和图2所示结构不同的是，图3所示结构的红外探测器设置梁结构11位于吸收板10远离CMOS测量电路系统1的一侧。具体地，吸收板10中的电极层通过第二柱状结构62与梁结构11中的电极层电连接，梁结构11中的电极层通过第一柱状结构61与支撑底座42电连接，吸收板10经由红外信号转换出来的电信号依次经过第二柱状结构62、梁结构11、第一柱状结构61与支撑底座42传输至CMOS测量电路系统1。

结合图1至图3，设置第一柱状结构61为实心柱状结构，第二柱状结构62为空心柱状结构，即在第一柱状结构61所在位置形成实心金属结构，在第二柱状结构62所在位置形成空心结构，吸收板10和梁结构11均包括电极层和至少两层介质层，即吸收板10包括电极层和至少两层介质层，梁结构11包括电极层和至少两层介质层，第二柱状结构62至少包括电极层。具体地，实心柱状结构的力学稳定性较好，有利于提高第一柱状结构61与梁结构11和支撑底座42的支撑连接稳定性，进而提高红外传感器像元以及包括红外探测器像元的红外探测器的结构稳定性，且金属实心柱状结构的电阻较小，有利于减小吸收板10与CMOS测量电路系统1之间进行电信号传输过程中的信号损失，且金属实心柱状结构的尺寸更易精确控制，即实心柱状结构可以实现更小尺寸的柱状结构，有利于满足更小的芯片尺寸需求，实现红外探测器的小型化。空心柱状结构有利于减小第二柱状结构62的热导，进而降低第二柱状结构62产生的热传导对悬空微桥结构40生成的电信号的影响，有利于提升红外探测器像元以及包括该红外探测器像元的红外探测器的红外探测性能。设置第一柱状结构61为实心柱状结构，第二柱状结构62为空心柱状结构，使得红外探测器同时具备上述实施例所述的空心柱状结构和实心柱状结构的优点。另外，设置第一柱状结构61和第二柱状结构62位于不同层，使得红外探测器像元形成双层结构，梁结构11的设置不会影响吸收板10的面积，有利于增加吸收板10的面积，提高红外探测器像元以及包含有红外探测器像元的红外探测器的红外探测灵敏度。

图4为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图。与图2和图3所示结构的红外探测器像元不同的是，图4所述结构的红外探测器像元中，设置第一柱状结构61为空心柱状结构，第二柱状结构62为实心柱状结构，即在第一柱状结构61所在位置形成空心结构，在第二柱状结构62所在位置形成实心金属结构，第一柱状结构61至少包括电极层。具体地，实心柱状结构的力学稳定性较好，有利于提高第二柱状结构62与梁结构11和吸收板10的支撑连接稳定性，进而提高红外传感器像元以及包括红外探测器像元的红外探测器的结构稳定性，且金属实心柱状结构的电阻较小，有利于减小吸收板10与CMOS测量电路系统1之间进行电信号传输过程中的信号损失，且金属实心柱状结构的尺寸更易精确控制，即实心柱状结构可以实现更小尺寸的柱状结构，有利于满足更小的芯片尺寸需求，实现红外探测器的小型化。空心柱状结构有利于减小第一柱状结构61的热导，进而降低第一柱状结构61产生的热传导对悬空微桥结构40生成的电信号的影响，有利于提升红外探测器像元以及包括该红外探测器像元的红外探测器的红外探测性能。设置第一柱状结构61为空心柱状结构，第二柱状结构62为实心柱状结构，使得红外探测器同时具备上述实施例所述的空心柱状结构和实心柱状结构的优点。

示例性地，结合图2和图3，可以设置沿远离CMOS测量电路系统1的方向，梁结构11依次包括第一介质层13、电极层14和第二介质层15，吸收板10依次包括第三介质层130、第二电极层140和第四介质层150，第二柱状结构62至少包括电极层，图2示例性地设置沿远离CMOS测量电路系统1的方向，第二柱状结构62同样依次包括第三介质层130、第二电极层140和第四介质层150，即第二柱状结构62至少包括第二电极层140，图3则示例性地设置沿远离CMOS测量电路系统1的方向，第二柱状结构62依次包括第一介质层13、第一电极层14和第二介质层15，即第二柱状结构62至少包括第一电极层14。如图2所示，可以设置吸收板10中的第三介质层130与第二柱状结构62中的第三介质层130同时制作，吸收板10中的第四介质层150与第二柱状结构62中的第四介质层150同时制作，吸收板10中的第二电极层140与第二柱状结构62中的第二电极层140同时制作，以简化红外探测器的制备工艺。如图3所示，可以设置梁结构11中的第一介质层13与第二柱状结构62中的第一介质层13同时制作，梁结构11中的第二介质层15与第二柱状结构62中的第二介质层15同时制作，梁结构11中的第一电极层14与第二柱状结构62中的第一电极层14同时制作。另外，如图2所示，吸收板10中的第二电极层140、第二柱状结构61中的第二电极层140、梁结构11中的第一电极层14、第一柱状结构61以及支撑底座42电连接，以确保悬空微桥结构40生成的电信号传输至CMOS测量电路系统1。如图3所示，吸收板10中的第二电极层140、第二柱状结构61中的第一电极层14、梁结构11中的第一电极层14、第一柱状结构61以及支撑底座42电连接，以确保悬空微桥结构40生成的电信号传输至CMOS测量电路系统1。

构成第一介质层13的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种，构成第二介质层15的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种，构成第三介质层130的材料包括由非晶硅、非晶锗、非晶锗硅或非晶碳制备的电阻温度系数大于设定值的材料中的至少一种，构成第四介质层150的材料包括由非晶硅、非晶锗、非晶锗硅或非晶碳制备的电阻温度系数大于设定值的材料中的至少一种，设定值例如可以为0.015/K。由此，第一介质层13充当梁结构11中的支撑层，第二介质层15充当梁结构11中的钝化层，第三介质层130在充当吸收板10中支撑层的同时充当热敏感介质层，第四介质层150在充当吸收板10中钝化层的同时同样充当热敏感介质层，有利于减小吸收板10的厚度，简化红外探测器的制备工艺。具体地，支撑层用于在释放掉支撑层下方的牺牲层后支撑位于支撑层上方的膜层，热敏感介质层用于将红外温度检测信号转换为红外检测电信号，第二电极层140和第一电极层14用于将吸收板10中的热敏感介质层转换出来的红外检测电信号通过左右两侧的梁结构11传输至CMOS测量电路系统1，两个梁结构11分别传输红外检测电信号的正负信号，CMOS测量电路系统1中的读出电路通过对获取到的红外检测电信号的分析实现非接触式的红外温度检测，钝化层用于保护被钝化层包裹的电极层不被氧化或者腐蚀。另外，对应梁结构11，第一电极层14位于第一介质层13，即支撑层和第二介质层15，即钝化层形成的密闭空间内，实现了梁结构11中第一电极层14的保护；对应吸收板10，第二电极层140位于第三介质层130，即支撑层和第四介质层150，即钝化层形成的密闭空间内，实现了吸收板10中第二电极层140的保护。

图5为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图。结合图4和图5，设置沿远离CMOS测量电路系统1的方向，梁结构11依次包括第一介质层13、第一电极层14和第二介质层15，吸收板10依次包括第三介质层130、第二电极层140、第二热敏感介质层120和第四介质层150或者吸收板10依次包括第三介质层130、第二热敏感介质层120、第二电极层140和第四介质层150，即可以设置吸收板10的热敏感介质层120位于第二电极层140远离CMOS测量电路系统1的一侧，也可以设置吸收板10的热敏感介质层120位于第二电极层140临近CMOS测量电路系统1的一侧，图4和图5示例性地设置沿远离CMOS测量电路系统1的方向，吸收板10依次包括第三介质层130、第二电极层140、第二热敏感介质层120和第四介质层150。如图5所示，第二柱状结构62至少包括第二电极层140，图5示例性地设置沿远离CMOS测量电路系统1的方向，第二柱状结构62依次包括第三介质层130、第二电极层140和第四介质层150。可以设置吸收板10中的第三介质层130与第二柱状结构62中的第三介质层130同时制作，吸收板10中的第四介质层150与第二柱状结构62中的第四介质层150同时制作，吸收板10中的第二电极层140与第二柱状结构62中的第二电极层140同时制作，以简化红外探测器的制备工艺。另外，吸收板10中的第二电极层140、第二柱状结构61中的第二电极层140、梁结构11中的第一电极层14、第一柱状结构61以及支撑底座42电连接，以确保悬空微桥结构40生成的电信号传输至CMOS测量电路系统1。

构成第一介质层13的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种，构成第二介质层15的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种，构成第三介质层130的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种，构成第四介质层150的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种，构成热敏感介质层120的材料包括由氧化钛、氧化钒、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶锗氧硅、硅、锗、锗硅、锗氧硅、石墨烯、钛酸锶钡薄膜、铜或铂制备的电阻温度系数大于设定值的材料中的至少一种，设定值例如可以为0.015/K。由此，第一介质层13充当梁结构11中的支撑层，第二介质层15充当梁结构11中的钝化层，第三介质层130充当吸收板10中的支撑层，第四介质层150充当吸收板10中的钝化层。具体地，支撑层用于在释放掉支撑层下方的牺牲层后支撑位于支撑层上方的膜层，热敏感介质层120用于将红外温度检测信号转换为红外检测电信号，第二电极层140和第一电极层14用于将吸收板10中的热敏感介质层12转换出来的红外检测电信号通过左右两侧的梁结构11传输至CMOS测量电路系统1，两个梁结构11分别传输红外检测电信号的正负信号，CMOS测量电路系统1中的读出电路通过对获取到的红外检测电信号的分析实现非接触式的红外温度检测，钝化层用于保护被钝化层包裹的电极层不被氧化或者腐蚀。另外，对应梁结构11，第一电极层14位于第一介质层13，即支撑层和第二介质层15，即钝化层形成的密闭空间内，实现了梁结构11中第一电极层14的保护；对应吸收板10，第二电极层140位于第三介质层130，即支撑层和第四介质层150，即钝化层形成的密闭空间内，实现了吸收板10中第二电极层140的保护。

示例性地，可以设置构成第一电极层14的材料包括钛、氮化钛、钽、氮化钽、钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金、镍硅合金、镍、铬、铂、钨、铝或铜中的至少一种，其中当以钛、氮化钛、钽或氮化钽中的至少一种作为第一电极层14的材料时，优选地设置第一电极层14被第一介质层13和第二介质层15包覆，防止第一电极层14受刻蚀过程影响。构成第二电极层140的材料包括钛、氮化钛、钽、氮化钽、钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金、镍硅合金、镍、铬、铂、钨、铝或铜中的至少一种，其中当以钛、氮化钛、钽或氮化钽中的至少一种作为第二电极层140的材料时，优选地设置第二电极层140被第三介质层130和第四介质层150包覆，防止第二电极层140受刻蚀过程影响。

图6为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图。图6仅示例性地示出了第一柱状结构61以及部分梁结构11，未示出梁结构11上方结构，以第一柱状结构61为空心柱状结构，第二柱状结构62为实心柱状结构为例，对于第一柱状结构61至少包括电极层，与图2至图5所示结构的红外探测器像元不同的是，图6所示结构的红外探测器像元示例性地设置沿远离CMOS测量电路系统1的方向，第一柱状结构61依次包括第一电极层14和第二介质层15，可以设置梁结构11中的第二介质层15和第一柱状结构61中的第二介质层15同时制作，梁结构11中的第一电极层14和第一柱状结构61中的第一电极层14同时制作，以简化红外探测器像元的制作工艺，进而简化红外探测器的制作工艺。

图7为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图。图7仅示例性地示出了第一柱状结构61以及部分梁结构11，未示出梁结构11上方结构，以第一柱状结构61为空心柱状结构，第二柱状结构62为实心柱状结构为例，对于第一柱状结构61至少包括电极层，与图2至图6所示结构的红外探测器像元不同的是，图7所示结构的红外探测器像元示例性地设置沿远离CMOS测量电路系统1的方向，第一柱状结构61依次包括第一介质层13和电极层14，可以设置梁结构11中的第一介质层13和第一柱状结构61中的第一介质层13同时制作，梁结构11中的第一电极层14和第一柱状结构61中的第一电极层14同时制作，以简化红外探测器像元的制作工艺，进而简化红外探测器的制作工艺。

图8为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图。图8仅示例性地示出了第一柱状结构61以及部分梁结构11，未示出梁结构11上方结构，以第一柱状结构61为空心柱状结构，第二柱状结构62为实心柱状结构为例，对于第一柱状结构61至少包括电极层，与图2至图7所示结构的红外探测器像元不同的是，图8所示结构的红外探测器像元示例性地设置第一柱状结构61仅包括第一电极层14，可以设置梁结构11中的第一电极层14和第一柱状结构61中的第一电极层14同时制作，以简化红外探测器像元的制作工艺，进而简化红外探测器的制作工艺。

另外，对于第一柱状结构61为实心柱状结构，第二柱状结构62为空心柱状结构，第二柱状结构62至少包括电极层的情况，可以参照图6至图8所示结构中的第一柱状结构61进行第二柱状结构62膜层的相似设计，即第二柱状结构62可以仅包括第二电极层140，或者沿远离CMOS测量电路系统1的方向，第二柱状结构62依次包括第三介质层130和第二电极层140，或者沿远离CMOS测量电路系统1的方向，第二柱状结构62依次包括第二电极层140和第四介质层150，这里不再一一赘述和示意。

结合图1至图8，可以设置吸收板10上形成有至少一个孔状结构，孔状结构至少贯穿吸收板10中的介质层；和/或，梁结构11上形成有至少一个孔状结构，孔状结构至少贯穿梁结构11中的介质层，即可以设置仅吸收板10上形成有孔状结构，或者仅梁结构11上形成有孔状结构，或者吸收板10和梁结构11上均形成有孔状结构。示例性地，无论是吸收板10上的孔状结构还是梁结构11上的孔状结构，孔状结构均可以为圆形孔状结构、方形孔状结构、多边形孔状结构或者不规则图形孔状结构，本公开实施例对吸收板10和梁结构11上的孔状结构的形状不作具体限定，且本公开实施例对吸收板10和梁结构11上孔状结构的数量不作具体限定。

由此，设置吸收板10上形成有至少一个孔状结构，孔状结构至少贯穿吸收板10中的介质层，红外探测器中设置有与吸收板10接触的最终需要释放的牺牲层，而牺牲层的释放需要在红外探测器制作工艺的最后用化学试剂对牺牲层进行腐蚀，吸收板10上的孔状结构有利于增加释放用的化学试剂与牺牲层的接触面积，加快牺牲层的释放速率。另外，吸收板10面积相对梁结构11面积较大，吸收板10上的孔状结构有利于释放吸收板10的内应力，优化吸收板10的平坦化程度，且有利于提高吸收板10的结构稳定性，进而提高整个红外探测器的结构稳定性。另外，设置梁结构11上形成有至少一个孔状结构，孔状结构至少贯穿梁结构11中的介质层，有利于进一步减小梁结构11的热导，提高红外探测器的红外探测灵敏度。

以图2和图3所示结构的红外探测器为例，此时吸收板10上的孔状结构可以贯穿吸收板10中的第三介质层130和第四介质层150，吸收板10上的孔状结构也可以贯穿吸收板10中的第三介质层130、第二电极层140和第四介质层150，梁结构11上的孔状结构可以贯穿梁结构11中未设置第一电极层14位置的第一介质层13和第二介质层15，或者梁结构11上的孔状结构贯穿梁结构11中的第一介质层13、电极层14和第二介质层15。以图4和图5所示结构的红外探测器为例，此时吸收板10上的孔状结构可以贯穿吸收板10中的第三介质层130和第四介质层150，吸收板10上的孔状结构也可以贯穿吸收板10中的第三介质层130、第二电极层140和第四介质层150，吸收板10上的孔状结构也可以贯穿吸收板10中的第三介质层130、第二电极层140、第二热敏感介质层120和第四介质层150，梁结构11上的孔状结构可以贯穿梁结构11中未设置电第一电极层14位置的第一介质层13和第二介质层15，或者梁结构11上的孔状结构贯穿梁结构11中的第一介质层13、电极层14和第二介质层15。

结合图2至图8，CMOS测量电路系统1上方可以包括至少一层密闭释放隔绝层3，密闭释放隔绝层3用于在制作CMOS红外传感结构2的释放刻蚀过程中，保护CMOS测量电路系统1不受工艺影响。可选地，密闭释放隔绝层3位于CMOS测量电路系统1和CMOS红外传感结构2之间的界面和/或位于CMOS红外传感结构2中，即可以设置密闭释放隔绝层3位于CMOS测量电路系统1和CMOS红外传感结构2之间的界面，或者设置密闭释放隔绝层3位于CMOS红外传感结构2中，或者设置CMOS测量电路系统1和CMOS红外传感结构2之间的界面设置有密闭释放隔绝层3且CMOS红外传感结构2中设置有密闭释放隔绝层3，密闭释放隔绝层3用于在进行腐蚀工艺释放牺牲层时保护CMOS测量电路系统1不受侵蚀，密闭释放隔绝层3至少包含一层介质层，构成密闭释放隔绝层3的介质材料包括碳化硅、碳氮化硅、氮化硅、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、硅、锗、锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种。

图2至图8示例性地设置密闭释放隔绝层3位于CMOS红外传感结构2中，密闭释放隔绝层3例如可以为位于反射层4的金属互连层的上方的一层介质层或多层介质层，这里示例性地示出了密闭释放隔绝层3为一层介质层，此时构成密闭释放隔绝层3的材料可以包括化硅、碳氮化硅、氮化硅、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、硅、锗、锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种，密闭释放隔绝层3的厚度小于牺牲层的厚度。红外探测器的谐振腔通过释放氧化硅牺牲层后的真空腔来实现，反射层4作为谐振腔的反射层，牺牲层位于反射层4和悬空微桥结构40之间，设置位于反射层4上的至少一层密闭释放隔绝层3选择碳化硅、碳氮化硅、氮化硅、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、硅、锗、硅锗合金、非晶碳或氧化铝等材料作为谐振腔的一部分时，不影响反射层4的反射效果，可以减小谐振腔高度，进而减小牺牲层的厚度，减小氧化硅构成的牺牲层的释放难度。另外，设置密闭释放隔绝层3与第一柱状结构61形成密闭结构，将CMOS测量电路系统1与牺牲层完全隔开，实现了对CMOS测量电路系统1的保护。

图9为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图。在上述实施例的基础上，图9同样设置密闭释放隔绝层3位于CMOS红外传感结构2中，密闭释放隔绝层3例如可以为位于反射层4的金属互连层的上方的一层介质层或多层介质层，这里示例性地示出了密闭释放隔绝层3为一层介质层，且密闭释放隔绝层3包覆第一柱状结构61，此时构成密闭释放隔绝层3的材料可以包括碳化硅、碳氮化硅、氮化硅、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、硅、锗、锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种，密闭释放隔绝层3的厚度同样小于牺牲层的厚度。通过设置密闭释放隔绝层3包覆第一柱状结构61，一方面可以利用密闭释放隔绝层3作为第一柱状结构61处的支撑，提高了第一柱状结构61的稳定性，保证第一柱状结构61与悬空微桥结构40以及支撑底座42的电连接。另一方面，包覆第一柱状结构61的密闭释放隔绝层3可以减少第一柱状结构61与外界环境的接触，减少第一柱状结构61与外界环境的接触电阻，进而减少红外探测器像元的噪声，提高红外探测传感器的探测灵敏度，同时可以防止第一柱状结构61裸露在外的金属发生电击穿。同样地，红外探测器的谐振腔通过释放氧化硅牺牲层后的真空腔来实现，反射层4作为谐振腔的反射层，牺牲层位于反射层4和悬空微桥结构40之间，设置位于反射层4上的至少一层密闭释放隔绝层3选择碳化硅、碳氮化硅、氮化硅、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、硅、锗、锗硅、非晶碳或氧化铝等材料作为谐振腔的一部分时，不影响反射层4的反射效果，可以减小谐振腔高度，进而减小牺牲层的厚度，减小氧化硅构成的牺牲层的释放难度。另外，设置密闭释放隔绝层3与第一柱状结构61形成密闭结构，将CMOS测量电路系统1与牺牲层完全隔开，实现了对CMOS测量电路系统1的保护。

图10为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图。与上述实施例所示结构的红外探测器不同的是，图10所示结构的红外探测器中，密闭释放隔绝层3位于CMOS测量电路系统1和CMOS红外传感结构2之间的界面，例如密闭释放隔绝层3位于反射层4和CMOS测量电路系统1之间，即密闭释放隔绝层3位于反射层4的金属互连层的下方，支撑底座42通过贯穿密闭释放隔绝层3的通孔与CMOS测量电路系统1电连接。具体地，由于CMOS测量电路系统1和CMOS红外传感结构2均采用CMOS工艺制备形成，当制备形成CMOS测量电路系统1后，将制备形成包含有CMOS测量电路系统1的晶圆传输至下一道工艺以制备形成CMOS红外传感结构2，因为氧化硅是CMOS工艺中最常用的介质材料，CMOS电路上多以氧化硅作为金属层间的绝缘层，所以腐蚀2um左右厚度的氧化硅时如果没有隔绝层作为阻挡，将会严重影响电路，为了确保释放牺牲层氧化硅时不会腐蚀CMOS测量电路系统上的氧化硅介质，本公开实施例在CMOS测量电路系统1和CMOS红外传感结构2之间的界面设置了密闭释放隔绝层3。在制备形成CMOS测量电路系统1后，在CMOS测量电路系统1上制备形成密闭释放隔绝层3，利用密闭释放隔绝层3对CMOS测量电路系统1进行保护，而为了保证支撑底座42与CMOS测量电路系统1的电连接，在制备形成密闭释放隔绝层3后，在密闭释放隔绝层3对应支撑底座42的区域采用刻蚀工艺形成通孔，通过通孔实现支撑底座42与CMOS测量电路系统1的电连接。另外，设置密闭释放隔绝层3与支撑底座42形成密闭结构，将CMOS测量电路系统1与牺牲层完全隔开，实现对CMOS测量电路系统1的保护。

示例性地，构成密闭释放隔绝层3的材料可以包括碳化硅、碳氮化硅、氮化硅、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、硅、锗、锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种。具体地，碳化硅、碳氮化硅、氮化硅、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、硅、锗、锗硅、非晶碳或氧化铝均为CMOS工艺抗腐蚀材料，即这些材料不会受牺牲层释放用试剂的腐蚀，因此密闭释放隔绝层3可以用于在进行腐蚀工艺释放牺牲层时保护CMOS测量电路系统1不受侵蚀。另外，密闭释放隔绝层3覆盖CMOS测量电路系统1设置，密闭释放隔绝层3还可以用于在制作CMOS红外传感结构2的释放刻蚀过程中，保护CMOS测量电路系统1不受工艺影响。另外，当反射层4上设置有至少一层密闭释放隔绝层3时，设置构成密闭释放隔绝层3的材料包括碳化硅、碳氮化硅、氮化硅、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、硅、锗、锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种，在设置密闭释放隔绝层3提高第一柱状结构61稳定性的同时，密闭释放隔绝层3几乎不会影响谐振腔内的反射过程，可以避免密闭释放隔绝层3影响谐振腔的反射过程，进而避免密闭释放隔绝层3对红外探测器探测灵敏度的影响。

结合图1至图10，CMOS红外传感结构2的CMOS制作工艺包括金属互连工艺、通孔工艺、IMD(Inter Metal Dielectric)工艺以及RDL(重新布线)工艺，CMOS红外传感结构2包括至少三层金属互连层、至少三层介质层和多个互连通孔，介质层至少包括两层牺牲层和一层热敏感介质层，金属互连层至少包括反射层4和两层电极层，两层电极层即第一电极层14和第二电极层140，热敏感介质层包括电阻温度系数大于设定值的热敏材料，电阻温度系数例如可以大于等于0.015/K，电阻温度系数大于设定值的热敏材料构成热敏感介质层，热敏感介质层用于将其吸收的红外辐射对应的温度变化转化为电阻变化，进而通过CMOS测量电路系统1将红外目标信号转化成可实现电读出的信号。另外，热敏感介质层包括电阻温度系数大于设定值的热敏材料，电阻温度系数例如可以大于等于0.015/K，有利于提高红外探测器的探测灵敏度。

具体地，金属互连工艺用于实现上下两层金属互连层的电连接，例如实现第一柱状结构61与支撑底座42的电连接，通孔工艺用于形成连接上下金属互连层的互连通孔，例如形成连接第一柱状结构61与支撑底座42的互连通孔，IMD工艺用于实现上下金属互连层之间的隔离，即电绝缘，例如实现吸收板10和梁结构11中的电极层与反射板41之间的电绝缘，RDL工艺即重布线层工艺，具体是指在电路顶层金属的上方重新布一层金属且与电路顶层金属有金属柱，例如钨柱电连接，采用RDL工艺可以在CMOS测量电路系统1的顶层金属上再制备红外探测器中的反射层4，反射层4上的支撑底座42与CMOS测量电路系统1的顶层金属电连接。另外，如图2所示，CMOS测量电路系统1的CMOS制作工艺同样可以包括金属互连工艺和通孔工艺，CMOS测量电路系统1包括间隔设置的金属互连层101、介质层102以及位于底部的硅衬底103，上下金属互连层101通过通孔104实现电连接。

结合图1至图10，CMOS红外传感结构2包括由反射层4和热敏感介质层构成的谐振腔以及控制热传递的悬空微桥结构40，CMOS测量电路系统1用于测量和处理一个或多个CMOS红外传感结构2形成的阵列电阻值，并将红外信号转化为图像电信号，红外探测器包括多个阵列排布的红外探测器像元，每个红外探测器像元包括一个CMOS红外传感结构2。具体地，谐振腔例如可以由反射层4和吸收板10中热敏感介质层之间的空腔形成，红外光透过吸收板10在谐振腔内发生来回反射，以提高红外探测器的探测灵敏度。

图11为本公开实施例提供的一种CMOS测量电路系统的结构示意图。结合图1至图11，CMOS测量电路系统1包括偏压产生电路7、列级模拟前端电路8和行级电路9，偏压产生电路7的输入端连接行级电路9的输出端，列级模拟前端电路8的输入端连接偏压产生电路7的输出端，行级电路9中包括行级镜像像元Rsm和行选开关K1，列级模拟前端电路8中包括盲像元RD；其中，行级电路9分布在每个像素内并根据时序产生电路的行选通信号选取待处理信号，并在偏压产生电路7的作用下输出电流信号至列级模拟前端电路8以进行电流电压转换输出；行级电路9受行选开关K1控制而被选通时向偏压产生电路7输出第三偏置电压VRsm，偏压产生电路7根据输入的恒压及第三偏置电压VRsm输出第一偏置电压V1和第二偏置电压V2，列级模拟前端电路8根据第一偏置电压V1和第二偏置电压V2得到两路电流，并对所产生的两路电流之差进行跨阻放大并作为输出电压输出。

具体地，行级电路9包括行级镜像像元Rsm和行选开关K1，行级电路9用于根据行选开关K1的选通状态生成第三偏置电压VRsm。示例性地，行级镜像像元Rsm可以进行遮光处理，使行级镜像像元Rsm受到温度恒等于衬底温度的遮光片的固定辐射，行选开关K1可以用晶体管实现，行选开关K1闭合，行级镜像像元Rsm与偏压产生电路7的连接，即行级电路9受行选开关K1控制而被选通时向偏压产生电路7输出第三偏置电压VRsm。偏压产生电路7可以包括第一偏压产生电路71和第二偏压产生电路72，第一偏压产生电路71用于根据输入的恒压生成第一偏置电压V1，输入的恒压例如可以为电压恒定的正电源信号。第二偏压产生电路72可以包括偏压控制子电路721和多个选通驱动子电路722，偏压控制子电路721用于根据第三偏置电压VRsm控制选通驱动子电路722分别产生对应的第二偏置电压V2。

列级模拟前端电路8包括多个列控制子电路81，列控制子电路81与选通驱动子电路722对应设置，示例性地，可以设置列控制子电路81与选通驱动子电路722一一对应设置，选通驱动子电路722用于根据其自身的选通状态向对应的列控制子电路81提供第二偏置电压V2。示例性地，可以设置选通驱动子电路722被选通时，选通驱动子电路722向对应的列控制子电路81提供第二偏置电压V2；选通驱动子电路722未被选通时，选通驱动子电路722停止向对应的列控制子电路81提供第二偏置电压V2。

列级模拟前端电路8包括有效像元RS和盲像元RD，列控制子电路用于根据第一偏置电压V1和盲像元RD产生第一电流I1，以及根据第二偏置电压V2和有效像元RS产生第二电流I2，并对第一电流I1与第二电流I2的差值进行跨阻放大后输出，行级镜像像元Rsm与有效像元RS在相同环境温度下的温度漂移量相同。

示例性地，行级镜像像元Rsm与CMOS测量电路系统1之间热绝缘，且对行级镜像像元Rsm进行遮光处理，行级镜像像元Rsm受到来自温度恒等于衬底温度的遮光片的固定辐射。有效像元RS的吸收板10与CMOS测量电路系统1之间热绝缘，且有效像元RS接受外部辐射。行级镜像像元Rsm与有效像元RS的吸收板10都与CMOS测量电路系统1之间热绝缘，因此行级镜像像元Rsm与有效像元RS均具有自热效应。

通过行选开关K1选通对应的行级镜像像元Rsm时，行级镜像像元Rsm与有效像元RS均由于焦耳热而发生阻值变化，但行级镜像像元Rsm与有效像元RS受到同样的固定辐射时，行级镜像像元Rsm与有效像元RS的阻值相同，二者的温度系数也相同，二者在相同环境温度下的温度漂移量相同，两者的变化同步，有利于利用行级镜像像元Rsm与有效像元RS在相同环境温度下的温度漂移量相同的特性，有效补偿行级镜像像元Rsm与有效像元RS由于自热效应而发生的阻值变化，实现CMOS测量电路系统1的稳定输出。

另外，通过设置第二偏压产生电路72包括偏压控制子电路721和多个选通驱动子电路722，偏压控制子电路721用于根据行控制信号控制选通驱动子电路722分别产生对应的第二偏置电压V2，使得每行像素均有一路驱动单独驱动该行的像素整列，降低了对第二偏置电压V2的要求，即提高了偏压产生电路7的驱动能力，有利于利用CMOS测量电路系统1驱动更大规模的红外探测器像素阵列。另外，CMOS测量电路系统1的具体细节工作原理为本领域技术人员公知内容，这里不再赘述。

可选地，可以设置在CMOS测量电路系统1的金属互连层上层或者同层制备CMOS红外传感结构2。具体地，这里的CMOS测量电路系统1的金属互连层可以为CMOS测量电路系统1中的顶层金属，结合图1至图10，可以设置在CMOS测量电路系统1的金属互连层上层制备CMOS红外传感结构2，CMOS红外传感结构2通过位于CMOS测量电路系统1的金属互连层上层的支撑底座42与CMOS测量电路系统1电连接，实现将经由红外信号转换成的电信号传输至CMOS测量电路系统1。

图12为本公开实施例提供的另一种红外探测器的剖面结构示意图。也可以如图12所示，设置在CMOS测量电路系统1的金属互连层同层制备CMOS红外传感结构2，即CMOS测量电路系统1与CMOS红外传感结构2同层设置，例如可以如图12所示设置CMOS红外传感结构2位于CMOS测量电路系统1的一侧，CMOS测量电路系统1的顶部同样可以设置有密闭释放隔绝层3，以保护CMOS测量电路系统1。

可选地，结合图1至图12，牺牲层用于使CMOS红外传感结构2形成镂空结构，构成牺牲层的材料是氧化硅，采用post-CMOS工艺腐蚀牺牲层。示例性地，post-CMOS工艺可以采用气相氟化氢、四氟化碳和三氟甲烷这些对氧化硅有腐蚀特性气体中的至少一种对牺牲层进行腐蚀。具体地，反射层4与悬空微桥结构40之间、梁结构11和吸收板10之间均具有牺牲层(图1至图12中未示出)，当反射层4上设置有密闭释放隔绝层3时，密闭释放隔绝层3与悬空微桥结构40之间具有牺牲层，构成牺牲层的材料是氧化硅，以兼容CMOS工艺，可以采用post-CMOS工艺，即后CMOS工艺腐蚀牺牲层以在最终的红外探测芯片产品中释放掉牺牲层。

可选地，吸收板10用于吸收红外目标信号并将红外目标信号转换为电信号，吸收板10包括金属互连层和至少一层热敏感介质层，吸收板10中的金属互连层为吸收板10中的第二电极层140，用于传输由红外信号转换得到的电信号，吸收板10中的第二电极层140包括两个图案化电极结构，两个图案化电极结构分别输出正电信号和接地电信号，正电信号和接地电信号通过不同的第二柱状结构62、不同的梁结构11以及不同的第一柱状结构61传输至对应的支撑底座42，进而传输至CMOS测量电路系统1。梁结构11至少包括金属互连层，梁结构11中的金属互连层为梁结构11中的第一电极层14，梁结构11中的第一电极层14和吸收板10中的第二电极层140电连接。

第一柱状结构61采用金属互连工艺和通孔工艺连接对应的梁结构11和CMOS测量电路系统1，结合图2至图12，第一柱状结构61上方需要通过贯穿反射层4和梁结构11之间牺牲层的通孔与梁结构11中的第一电极层14电连接，第一柱状结构6的下方需要通过贯穿支撑底座42上介质层的通孔与对应的支撑底座42电连接，进而实现梁结构11中的第一电极层14通过对应的第一柱状结构61与对应的支撑底座42电连接。第二柱状结构62采用金属互连工艺和通孔工艺连接对应的吸收板10与对应的梁结构11，结合图2以及图4至图12，第二柱状结构62的上方需要通过贯穿吸收板10与梁结构11之间牺牲层的通孔与吸收板10中的第二电极层140电连接，第二柱状结构62的下方需要通过贯穿覆盖梁结构11中第一电极层14的介质层的通孔与梁结构11中第一电极层14电连接。如图3所示，第二柱状结构62的上方需要通过贯穿吸收板10与梁结构11之间的牺牲层的通孔与梁结构11中第一电极层14电连接，第二柱状结构62的下方需要通过贯穿覆盖吸收板10中的第二电极层140的介质层的通孔与吸收板10中第二电极层140电连接。反射板41用于反射红外信号并与热敏感介质层形成谐振腔，即反射板41用于反射红外信号并与热敏感介质层形成谐振腔，反射层4包括至少一层金属互连层，金属互连层用于形成支撑底座42，也用于形成反射板41。

可选地，可以设置红外探测器还包括超材料结构和/或偏振结构，超材料结构或者偏振结构为至少一层金属互连层。可以设置构成超材料结构的金属互连层可以包括多个阵列排布的金属重复单元，每个金属重复单元包括两个对角设置的L型图案化结构，此时红外探测器的红外吸收谱段为3微米至30微米波段。也可以设置构成超材料结构的金属互连层上设置有多个阵列排布的图案化镂空结构，图案化镂空结构呈开口圆环状，此时红外探测器的红外吸收谱段为3微米至30微米波段。也可以设置构成超材料结构的金属互连层上设置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，此时红外探测器的红外吸收谱段为8微米至24微米波段。也可以设置构成超材料结构的金属互连层上设置有多个阵列排布的图案化镂空结构，图案化镂空结构呈正六边形，此时红外探测器的红外吸收谱段为3微米至30微米波段。需要说明的是，本公开实施例对构成超材料结构的金属互连层上的具体图案不作限定，确保重复的图案能实现超材料结构或者偏振结构的功能即可。

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或光学波束调控的材料，也可以称为超表面或者超结构，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。本公开实施例利用的图案化结构形成电磁超材料结构，即形成了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，本公开实施例利用图案化结构形成的超材料结构与红外探测器结构相结合，超材料结构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，超材料结构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，超材料结构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，超材料结构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。

图13为本公开实施例提供的一种偏振结构的俯视结构示意图。如图13所示，偏振结构26可以包括若干个依次排列的光栅27，相邻光栅27之间的间隔为10nm至500nm，光栅27可以如图13所示为直线型，也可以如图14和图15所示为弯曲型，且偏振结构26中的光栅27可以任意角度旋转或组合，偏振结构26的设置可以使CMOS传感结构吸收特定方向的偏振光。示例性地，光栅27可以为刻蚀金属薄膜，即刻蚀金属互连层形成的结构。具体地，偏振是光的一个重要信息，偏振探测可以把信息量从三维，例如光强、光谱和空间，扩充到七维，例如光强、光谱、空间、偏振度、偏振方位角、偏振椭率和旋转的方向，由于地物背景的偏振度远小于人造目标的偏振度，因此红外偏振探测技术在空间遥感领域有非常重要的应用。在现有的偏振探测系统中，偏振元件独立于探测器之外，需要在整机的镜头上增加偏振片，或者进行偏振镜头的设计，这种方法的成本比较高，设计难度也比较大。通过旋转偏振元件获取偏振信息，这种现有的偏振探测系统的缺点是光学元件复杂，而且光路系统复杂。另外，通过偏振片与探测器组合采集的偏振图像需要通过图像融合算法进行处理，不仅复杂而且也相对不准确。

本公开实施例通过将偏振结构26与非制冷红外探测器进行单片集成，不仅可以实现偏振敏感型红外探测器的单片集成，而且极大地降低了光学设计的难度，简化了光学系统，减少了光学元件，降低了光学系统的成本。另外，通过单片集成的偏振型非制冷红外探测器采集的图像为原始红外图像信息，CMOS测量电路系统1只需要处理红外探测器探测的信号就可以得到准确的图像信息，而不需要进行现有探测器的图像融合，极大的提升了图像的真实性与有效性。另外，偏振结构26也可以位于吸收板10上方且不与吸收板10接触设置，即偏振结构26可以为位于悬空微桥结构40上方的悬空结构，偏振结构26与悬空微桥结构40可以采用柱子连接支撑的方式或者采用键合支撑的方式，偏振结构26与红外探测器像元可以一一对应键合，也可以采用整个芯片键合的方式。由此单独悬空的金属光栅结构不会造成红外敏感微桥结构的形变，不会影响敏感薄膜的热敏特性。

示例性地，结合图1至图15，超材料结构为至少一层金属互连层，偏振结构为至少一层金属互连层，超材料结构或者偏振结构可以是第三介质层130临近CMOS测量电路系统1一侧的至少一层金属互连层，例如可以设置构成超材料结构或者偏振结构的金属互连层位于第三介质层130临近CMOS测量电路系统1的一侧且与第三介质层130接触设置。示例性地，也可以设置超材料结构或者偏振结构是第四介质层150远离CMOS测量电路系统1一侧的至少一层金属互连层，例如可以设置构成超材料结构或者偏振结构的金属互连层位于第四介质层150远离CMOS测量电路系统1的一侧且与第四介质层150接触设置。示例性地，也可以设置超材料结构或者偏振结构为位于第三介质层130和第四介质层150中间的且与第二电极层140电绝缘的至少一层金属互连层，例如可以设置构成超材料结构或者偏振结构的金属互连层位于第三介质层130与第二电极层140之间且与第二电极层140电绝缘或者位于第四介质层150与第二电极层140之间且与第二电极层140电绝缘。示例性地，也可以设置第二电极层140作为超材料结构层或者偏振结构层，即可以在第二电极层140上形成上述实施例所述的图案化结构。

可选地，实心柱状结构包括实心结构，构成实心结构的材料包括钨、铜或铝中的至少一种，可以设置实心结构的侧壁与牺牲层接触设置；或者设置实心结构的侧壁包覆有至少一层介质层且实心结构与一层介质层接触设置，构成介质层的材料包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、非晶碳、氧化铝、氧化钛、氧化钒、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶锗氧硅、硅、锗、锗硅、锗氧硅、石墨烯、铜或铂中的至少一种；或者设置实心结构的侧壁以及实心结构临近CMOS测量电路系统的表面包覆有至少一层粘附层，实心柱状结构内最外围的粘附层远离实心结构的侧壁包覆有介质层，构成粘附层的材料包括钛、氮化钛、钽或氮化钽中的至少一种，构成介质层的材料包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、非晶碳、氧化铝、氧化钛、氧化钒、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶锗氧硅、硅、锗、锗硅、锗氧硅、石墨烯、铜或铂中的至少一种。

以第一柱状结构61为实心柱状结构，第二柱状结构62为空心柱状结构为例，结合图2、图3、图5以及图9，可以设置第一柱状结构61包括实心结构601，实心结构601的侧壁包覆有至少一层介质层602且实心结构601与一层介质层602接触设置，图2、图3、图5以及图9示例性地设置实心结构601的侧壁包覆有一层介质层602且实心结构601与该介质层602接触设置，构成实心结构601的材料包括钨、铜或铝中的至少一种，构成介质层602的材料可以包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、非晶碳、氧化铝、氧化钛、氧化钒、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶锗氧硅、硅、锗、锗硅、锗氧硅、石墨烯、铜或铂中的至少一种。具体地，包覆实心结构601的至少一层介质层602可以起到电绝缘的作用，利用介质层602保护实心结构601以避免外部材料侵蚀实心结构601的同时，介质层602可以作为第一柱状结构61的辅助支撑结构，其与实心结构601共同支撑悬空微桥结构40，有利于提高第一柱状结构61的力学稳定性，从而提高红外传感器的结构稳定性。另外，设置构成介质层602的材料可以包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、非晶碳、氧化铝、氧化钛、氧化钒、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶锗氧硅、硅、锗、锗硅、锗氧硅、石墨烯、铜或铂中的至少一种，前述材料均不会被气相氟化氢、四氟化碳或三氟甲烷腐蚀，因此在后续工艺步骤中利用气相氟化氢、四氟化碳和三氟甲烷腐蚀牺牲层时不会腐蚀包覆实心结构601的介质层602。示例性地，可以如图2、图3、图5以及图9所示，设置包覆实心结构601的介质层602为梁结构11中的第一介质层13，包覆实心结构601的介质层也可以是单独制作的介质层，或者也可以设置包覆实心结构601的介质层为梁结构11中的第二介质层15。

仍以第一柱状结构61为实心柱状结构，第二柱状结构62为空心柱状结构为例，图16为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图。图16仅示例性地示出了第一柱状结构61以及部分梁结构11，未示出梁结构11上方结构，与图2、图3、图5以及图9所示结构的红外探测器不同的是，图16所示结构的红外探测器设置第一柱状结构61的实心结构601的侧壁与牺牲层(图16中未示出)接触设置，该牺牲层是梁结构11和CMOS测量电路系统1之间的牺牲层，构成实心结构601的材料包括钨、铜或铝中的至少一种，即设置第一柱状结构61仅包括实心的钨柱、或铜柱或铝柱且实心结构601的侧壁与牺牲层接触设置，使得第一柱状结构61的制备工艺较为简单且易于实现，有利于降低整个红外探测器的制备难度。

仍以第一柱状结构61为实心柱状结构，第二柱状结构62为空心柱状结构为例，图17为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图。图17同样仅示例性地示出了第一柱状结构61以及部分梁结构11，未示出梁结构11上方结构，与图2、图3、图5、图9以及图16所示结构的红外探测器不同的是，图17所示结构的红外探测器设置实心结构601的侧壁以及实心结构601临近CMOS测量电路系统1的表面包覆有至少一层粘附层603，图17示例性地设置实心结构601的侧壁以及实心结构601临近CMOS测量电路系统1的表面包覆有一层粘附层603，第一柱状结构61内最外围的粘附层603远离实心结构601的侧壁包覆有介质层604，构成实心结构601的材料包括钨、铜或铝中的至少一种，构成粘附层603的材料包括钛、氮化钛、钽或氮化钽中的至少一种，构成介质层604的材料包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、非晶碳、氧化铝、氧化钛、氧化钒、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶锗氧硅、硅、锗、锗硅、锗氧硅、石墨烯、铜或铂中的至少一种。

具体地，粘附层603用于增强第一柱状结构61与支撑底座42之间的连接性能，包括增强器机械连接性能，提升结构稳定性，也包括增强器电学连接性能，减小接触电阻，减少电信号传输过程中的损耗，提升了红外探测器的红外探测性能，且通过设置粘附层603还包围实心结构601的侧面，可增大粘附层603与实心结构601的接触面积，相当于扩宽了电信号的传输通道，减小了第一柱状结构61的传输电阻，从而进一步减少了电信号传输损耗，提升了红外探测器的红外探测性能。另外，构成粘附层603的材料包括钛、氮化钛、钽或氮化钽中的至少一种，采用前述四种导电材料中的至少一种形成粘附层603，可满足利用粘附层603增强支撑底座42与第一柱状结构61之间的机械和电学连接性能的要求，且有利于实现采用CMOS工艺制备粘附层603的需求，即满足CMOS工艺集成化的需求。

另外，第一柱状结构61内最外围的粘附层603远实心结构601的侧壁还包覆有介质层604，在利用粘附层603增强第一柱状结构61与支撑底座42之间的连接性能的同时，包覆粘附层603侧壁的介质层604起到绝缘保护的作用，且能够利用介质层604起到对第一柱状结构61的辅助支撑的作用，以提升红外探测器的结构稳定性和红外探测性能。同样地，设置构成介质层604的材料可以包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、非晶碳、氧化铝、氧化钛、氧化钒、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶锗氧硅、硅、锗、锗硅、锗氧硅、石墨烯、铜或铂中的至少一种，前述材料均不会被气相氟化氢、四氟化碳或三氟甲烷腐蚀，因此在后续工艺步骤中利用气相氟化氢、四氟化碳和三氟甲烷腐蚀牺牲层时不会腐蚀包覆粘附层603的介质层604。示例性地，可以如图17所示，设置包覆实心结构601的粘附层603为梁结构11中的第一电极层14，包覆粘附层603的介质层604为梁结构11中的第一介质层13，包覆实心结构601的粘附层603和/或包覆粘附层603的介质层也可以是单独制作的膜层，或者也可以设置包覆粘附层603的介质层为梁结构11中的第二介质层15。

另外，对于第一柱状结构61为空心柱状结构，第二柱状结构62为实心柱状结构的情况，可以参照图2、图3、图5、图9、图16和图17所示结构中的第一柱状结构61进行包含有实心结构的第二柱状结构62膜层的相似设计，即可以设置第二柱状结构62包括实心结构，构成实心结构的材料包括钨、铜或铝中的至少一种，第二柱状结构62的实心结构的侧壁与牺牲层接触设置；或者第二柱状结构62的实心结构的侧壁包覆有至少一层介质层且第二柱状结构62的实心结构与一层介质层接触设置，构成介质层的材料包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、非晶碳、氧化铝、氧化钛、氧化钒、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶锗氧硅、硅、锗、锗硅、锗氧硅、石墨烯、铜或铂中的至少一种；或者第二柱状结构62的实心结构的侧壁以及实心结构临近CMOS测量电路系统的表面包覆有至少一层粘附层，第二柱状结构62内最外围的粘附层远离实心结构的侧壁包覆有介质层，构成粘附层的材料包括钛、氮化钛、钽或氮化钽中的至少一种，构成介质层的材料包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、非晶碳、氧化铝、氧化钛、氧化钒、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶锗氧硅、硅、锗、锗硅、锗氧硅、石墨烯、铜或铂中的至少一种，这里不再一一赘述和示意。

可选地，可以设置红外探测器还包括第一加固结构，第一加固结构对应实心柱状结构所在位置设置且位于实心柱状结构远离CMOS测量电路系统的一侧，第一加固结构包括加重块状结构。图18本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图，图19本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图。图18和图19仅示例性地示出了第一柱状结构61以及部分梁结构11，未示出梁结构11上方结构，以第一柱状结构61为实心柱状结构，第二柱状结构62为空心柱状结构为例，结合图18和图19，可以设置第一加固结构161对应第一柱状结构61所在位置设置，第一加固结构161用于增强第一柱状结构61与梁结构11之间的连接稳固性，第一加固结构161包括加重块状结构。具体地，第一加固结构161的设置可有效增强第一柱状结构61与梁结构11之间的力学稳定性，从而提升红外探测器像元及包括红外探测器像元的红外探测器的结构稳定性。

如图18所示，可以设置构成第一加固结构161的加重块状结构位于梁结构11远离CMOS测量电路系统1的一侧且构成第一加固结构161的加重块状结构与梁结构11接触设置。具体地，设置构成第一加固结构161的加重块状结构位于梁结构11远离CMOS测量电路系统1的一侧且构成第一加固结构161的加重块状结构与梁结构11接触设置，相当于在梁结构11对应第一柱状结构61的位置增加一个盖板，利用第一加固结构161自身的重量压住梁结构，从而增强梁结构11与第一柱状结构61之间的力学强度，提升红外探测器的结构稳定性。如图19所示，也可以设置梁结构11对应第一柱状结构61所在位置形成有通孔，通孔露出至少部分第一柱状结构61，构成第一加固结构161的加重块状结构包括填充通孔的第一部分和位于通孔外的第二部分，第二部分的正投影覆盖第一部分的正投影。具体地，梁结构11对应第一柱状结构61所在位置形成镂空区，即形成有通孔，通孔外的构成第一加固结构161的加重块状结构的第二部分与通孔内的加重块状结构的第一部分一体成型，第一部分填充或者说嵌入通孔内并与第一柱状结构61接触设置，第二部分的正投影覆盖第一部分的正投影，即第二部分的面积大于第一部分的面积。该红外探测器像元中，第一加固结构161相当于由第一部分和第二部分构成的铆钉结构，第一部分的底面接触柱状结构的顶面，第一部分的侧面还接触梁结构形成的镂空区的侧面，第二部分的下表面接触通孔外表面。由此，在利用第一加固结构161自身的重力压住梁结构11的同时，还增大了第一加固结构161与第一柱状结构61以及梁结构11的接触面积，进一步增大了梁结构11与第一柱状结构61之间的力学强度，提升红外探测器的结构稳定性。

示例性地，可以设置构成第一加固结构161的加重块状结构的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶硅锗、非晶碳、碳化硅、氧化铝、氮化硅、碳氮化硅、氧化硅、硅、锗、锗硅、铝、铜、钨、金、铂、镍、铬、钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金或镍硅合金中的至少一种。具体地，第一加固结构161可为由介质或金属沉积的单层结构，也可为由两层、三层或更多层单层结构叠加形成的多层结构，非晶硅、非晶锗、非晶硅锗、非晶碳、碳化硅、氧化铝、氮化硅、碳氮化硅、硅、锗、锗硅、铝、铜、钨、金、铂、镍、铬、钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金以及镍硅合金均不会被气相氟化氢、四氟化碳或三氟甲烷腐蚀，从而后续在利用气相氟化氢、四氟化碳或三氟甲烷腐蚀牺牲层以释放牺牲层的过程中，不会对第一加固结构161造成影响，从而提升红外探测器的结构稳定性。另外，当构成加固结构16的材料包括氧化硅时，由于氧化硅会被气相氟化氢、四氟化碳或三氟甲烷腐蚀，优选地可以设置加固结构16位于第一介质层13和第二介质层15围成的密闭空间内。

另外，对于第一柱状结构61为空心柱状结构，第二柱状结构62为实心柱状结构的情况，可以参照图18和图19所示结构对对应第二柱状结构62设置的第一加固结构进行设置，即可以设置第一加固结构对应第二柱状结构62所在位置设置，第一加固结构用于增强第二柱状结构62与吸收板10之间的连接稳固性，第一加固结构包括加重块状结构，可有效增强第二柱状结构62与吸收板10之间的力学稳定性。示例性地，可以设置构成第一加固结构的加重块状结构位于吸收板10远离CMOS测量电路系统1的一侧且构成第一加固结构的加重块状结构与吸收板10接触设置，或者也可以设置吸收板10对应第二柱状结构62所在位置形成有通孔，通孔露出至少部分第二柱状结构62，构成第一加固结构的加重块状结构包括填充通孔的第一部分和位于通孔外的第二部分，第二部分的正投影覆盖第一部分的正投影，这里不再一一赘述和示意。

可选地，可以设置红外探测器还包括第二加固结构，第二加固结构对应空心柱状结构所在位置设置。图20为本公开实施例提供的另一种红外探测器像元的剖面结构示意图，图20仅示例性地示出了第一柱状结构61以及部分梁结构11，未示出梁结构11上方结构，以第一柱状结构61为空心柱状结构，第二柱状结构62为实心柱状结构为例，如图20所示，可以设置第二加固结构162对应第一柱状结构61所在位置设置，第二加固结构162用于增强第一柱状结构61与梁结构11之间以及第一柱状结构61与反射层4之间的连接稳固性，即增强第一柱状结构61与支撑底座42之间的连接稳固性。示例性地，第二加固结构162可以位于第一电极层14临近或远离CMOS测量电路系统1的一侧，图20示例性地设置第二加固结构162位于第二介质层15上方且与第二介质层15接触设置，此时第二加固结构162可以在空心柱状结构内如图20所示形成空心结构，第二加固结构162也可以在空心柱状结构内形成实心结构，即第二加固结构162也可以填满第二介质层15环绕形成的内部空间。或者，也可以如图21所示，将第二加固结构162设置在第一电极层14上方且第二加固结构162与第一电极层14接触设置，即第二加固结构162位于第一电极层14与第二介质层15之间，此时第二加固结构162在空心柱状结构内形成空心结构。也可以如图22所示，设置第二加固结构162位于第一电极层14临近CMOS测量电路系统1的一侧，即第二加固结构162可以位于第一电极层14与第一介质层13之间且第二加固结构162与第一电极层14接触设置。

结合图20至图22，无论第二加固结构162位于第一电极层14远离CMOS测量电路系统1的一侧，还是第二加固结构162位于第一电极层14临近CMOS测量电路系统1的一侧，第二加固结构162均覆盖第一柱状结构61与梁结构11的连接位置，相当于在第一柱状结构61与梁结构11的连接位置处增加了负重块，进而利用第二加固结构162增强了第一柱状结构61与梁结构11之间的连接稳固性。另外，第二加固结构162还覆盖至少部分第一柱状结构61与支撑底座42的连接位置，相当于在第一柱状结构61与支撑底座42的连接位置处增加了负重块，进而利用第二加固结构162增强了第一柱状结构6与支撑底座42之间的连接稳固性，进而优化了整个红外探测器的电连接特性，优化了红外探测器的红外探测性能。示例性地，可以设置构成第二加固结构162的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶硅锗、非晶碳、碳化硅、氧化铝、氮化硅、碳氮化硅、氧化硅、硅、锗、锗硅、铝、铜、钨、金、铂、镍、铬、钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金或镍硅合金中的至少一种，第二加固结构162可为由介质或金属沉积的单层结构，也可为由两层、三层或更多层单层结构叠加形成的多层结构，非晶硅、非晶锗、非晶硅锗、非晶碳、碳化硅、氧化铝、氮化硅、碳氮化硅、硅、锗、锗硅、铝、铜、钨、金、铂、镍、铬、钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金以及镍硅合金均不会被气相氟化氢、四氟化碳或三氟甲烷腐蚀，从而后续在利用气相氟化氢、四氟化碳或三氟甲烷腐蚀牺牲层以释放牺牲层的过程中，不会对第二加固结构162造成影响，从而确保第二加固结构162可增强第一柱状结构61与梁结构11连接处以及第一柱状结构61与支撑底座42连接处的力学强度，防止梁结构11与第一柱状结构61之间以及第一柱状结构61与反射层4之间因连接不牢而发生脱落，从而提升红外探测器的结构稳定性。另外，当构成第二加固结构162的材料包括氧化硅时，由于氧化硅会被气相氟化氢、四氟化碳或三氟甲烷腐蚀，优选地可以设置第二加固结构162位于第一介质层13和第二介质层15围成的密闭空间内。需要说明的是，上述实施例所述的第二加固结构162可以是金属结构也可以是非金属结构，本公开实施例对此不作具体限定，确保第二加固结构162的设置不会影响红外探测器中的电连接关系即可。

另外，对于第一柱状结构61为实心柱状结构，第二柱状结构62为空心柱状结构的情况，可以参照图20和图22所示结构对对应第二柱状结构62设置的第二加固结构进行设置，即可以设置第二加固结构对应第二柱状结构62所在位置设置，第二加固结构用于增强第二柱状结构62与吸收板10之间以及第二柱状结构62与梁结构11之间的连接稳固性，第二加固结构可以位于第二电极层140临近或远离CMS测量电路系统1的一侧，这里不再一一赘述和示意。

可选地，结合图1至图22，反射层4和悬空微桥结构40之间可以设置有至少一层图案化金属互连层，图案化金属互连层位于密闭释放隔绝层3的上方或者下方并与反射层4之间电绝缘，图案化金属互连层用于调节红外探测器的谐振模式。具体地，布拉格反射镜(Bragg reflector)是一种利用不同界面反射光的相长干涉对不同波长的光进行增强反射的光学器件，由多个1/4波长反射镜组成以实现对多个波长入射光的高效反射，本公开实施例设置反射层4和悬空微桥结构40之间设置有至少一层图案化金属互连层，至少一层图案化金属互连层、反射层4以及吸收板10形成类似布拉格反射镜的结构，至少一层图案化金属互连层的设置相当于改变了反射层4与吸收板10中热敏感介质层构成的整体谐振腔介质的厚度，使得红外探测器像元可以形成多个介质厚度不同的谐振腔，红外探测器像元可以选择不同波长的光进行增强反射调节，进而利用至少一层图案化金属互连层调节红外探测器的谐振模式，由此以提高红外探测器的红外吸收率，拓宽红外探测器的红外吸收谱段，增加红外探测器的红外吸收谱段。

示例性地，可以设置至少一层图案化金属互连层位于密闭释放隔绝层3远离CMOS测量电路系统1的一侧和/或至少一层图案化金属互连层位于密闭释放隔绝层3临近CMOS测量电路系统1的一侧。示例性地，可以设置图案化金属互连层包括多个阵列排布的金属重复单元，每个金属重复单元可以包括两个对角设置的L型图案化结构、圆形结构、扇形结构、椭圆形结构、圆环结构、开口环结构或者多边形结构中的至少一种，也可以设置图案化金属互连层包括多个阵列排布的图案化镂空结构，图案化镂空结构可以包括圆形镂空结构、开口环状镂空结构或者多边形镂空结构中的至少一种，本公开实施例对图案化金属互连层所包含的具体图案不作限定。

图23为本公开实施例提供的另一种红外探测器的剖面结构示意图。在上述实施例的基础上，如图23所示，可以设置相对设置的梁结构11之间的第一介质层13和/或第二介质层15形成图案化膜层结构，这里相对设置的梁结构11即位于图1中左右两侧的梁结构11或者位于图1中上下两侧的梁结构11，图案化膜层结构包括多个条状图案，图案化膜层结构中的条状图案相对于梁结构11对称设置。以第一介质层13为例，图24为本公开实施例提供的一种第一介质层的俯视结构示意图。结合图23和图24，可以设置相对设置的梁结构11之间的第一介质层13形成如图24所示的图案化膜层结构90，图案化膜层结构90即位于图23中的A1区域，图案化膜层结构90包括多个条状图案91，图案化膜层结构90中的条状图案91相对于梁结构11对称设置，即图案化膜层结构90中的条状图案91相对于图24中左右两侧的梁结构11对称设置。由此，通过设置相对设置的梁结构之11间的第一介质层13和/或第二介质层15形成图案化膜层结构90，图案化膜层结构90包括多个条状图案91，图案化膜层结构90中的条状图案91相对于梁结构11对称设置，有效提高了图案化膜层结构90的力学稳定性，进而有利于提高整个红外探测器的力学稳定性。另外需要说明的是，本公开实施例所述的图案化膜层结构90中的图案不限于图24所示图案形式，例如图案化膜层结构90还可以包括更多条状图案以形成网格状结构等等，本公开实施例对图案化膜层结构90中的具体图案不作限定，确保图案化膜层结构90中的条状图案相对于梁结构11对称即可，且第一介质层13和第二介质层15形成的图案化膜层结构90中的图案可以相同也可以不同。

可选地，可以设置红外探测器是基于3nm、7nm、10nm、14nm、22nm、28nm、32nm、45nm、65nm、90nm、130nm、150nm、180nm、250nm或350nm CMOS工艺制程，前述尺寸表征集成电路的工艺节点，即表征集成电路加工过程中的特征尺寸。可选地，可以设置构成红外探测器中的金属互连层的金属连线材料包括铝、铜、钨、钛、镍、铬、铂、银、钌或钴中的至少一种，例如可以设置构成反射层4的材料包括铝、铜、钨、钛、镍、铬、铂、银、钌或钴中的至少一种。另外，设置CMOS测量电路系统1和CMOS红外传感结构2均使用CMOS工艺制备，在CMOS测量电路系统1上直接制备CMOS红外传感结构2，能够实现第一柱状结构61以及第二柱状结构62的径向边长大于等于0.5um，小于等于3um，梁结构11的宽度，即梁结构11中单线条的宽度小于等于0.3um，谐振腔的高度小于等于2.5um。

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 (10)

1.一种具有组合柱状结构的红外探测器，其特征在于，包括：

CMOS测量电路系统和CMOS红外传感结构，所述CMOS测量电路系统和所述CMOS红外传感结构均使用CMOS工艺制备，在所述CMOS测量电路系统上直接制备所述CMOS红外传感结构；

所述CMOS测量电路系统上方包括至少一层密闭释放隔绝层，所述密闭释放隔绝层用于在制作所述CMOS红外传感结构的释放刻蚀过程中，保护所述CMOS测量电路系统不受工艺影响；

所述CMOS红外传感结构的CMOS制作工艺包括金属互连工艺、通孔工艺、IMD工艺以及RDL工艺，所述CMOS红外传感结构包括至少三层金属互连层、至少三层介质层和多个互连通孔，所述金属互连层至少包括反射层和两层电极层，所述介质层至少包括两层牺牲层和一层热敏感介质层；其中，所述热敏感介质层用于将其吸收的红外辐射对应的温度变化转化为电阻变化，进而通过所述CMOS测量电路系统将红外目标信号转化成可实现电读出的信号；

所述CMOS红外传感结构包括由所述反射层和所述热敏感介质层构成的谐振腔、控制热传递的悬空微桥结构以及具有电连接和支撑功能的第一柱状结构和第二柱状结构，所述悬空微桥结构包括吸收板和多个梁结构，所述第一柱状结构位于所述反射层和所述梁结构之间，所述梁结构通过所述第一柱状结构与所述CMOS测量电路系统电连接，所述梁结构位于所述吸收板临近或远离所述CMOS测量电路系统的一侧，所述第二柱状结构位于所述吸收板和所述梁结构之间，所述吸收板用于将红外信号转换为电信号并通过所述第二柱状结构和对应的所述梁结构与对应的所述第一柱状结构电连接，所述吸收板和所述梁结构均包括电极层和至少两层介质层；

所述第一柱状结构为实心柱状结构，所述第二柱状结构为空心柱状结构，所述第二柱状结构至少包括电极层；或者，所述第一柱状结构为空心柱状结构，所述第二柱状结构为实心柱状结构，所述第一柱状结构至少包括电极层；

所述CMOS测量电路系统用于测量和处理一个或多个所述CMOS红外传感结构形成的阵列电阻值，并将红外信号转化为图像电信号；所述CMOS测量电路系统包括偏压产生电路、列级模拟前端电路和行级电路，所述偏压产生电路的输入端连接所述行级电路的输出端，所述列级模拟前端电路的输入端连接所述偏压产生电路的输出端，所述行级电路中包括行级镜像像元和行选开关，所述列级模拟前端电路中包括盲像元；其中，所述行级电路分布在每个像素内并根据时序产生电路的行选通信号选取待处理信号，并在所述偏压产生电路的作用下输出电流信号至所述列级模拟前端电路以进行电流电压转换输出；

所述行级电路受所述行选开关控制而被选通时向所述偏压产生电路输出第三偏置电压，所述偏压产生电路根据输入的恒压及所述第三偏置电压输出第一偏置电压和第二偏置电压，所述列级模拟前端电路根据所述第一偏置电压和所述第二偏置电压得到两路电流，并对所产生的两路电流之差进行跨阻放大并作为输出电压输出。

2.根据权利要求1所述的具有组合柱状结构的红外探测器，其特征在于，在所述CMOS测量电路系统的金属互连层上层或者同层制备所述CMOS红外传感结构。

3.根据权利要求1所述的具有组合柱状结构的红外探测器，其特征在于，所述牺牲层用于使所述CMOS红外传感结构形成镂空结构，构成所述牺牲层的材料是氧化硅，采用post-CMOS工艺腐蚀所述牺牲层。

4.根据权利要求1所述的具有组合柱状结构的红外探测器，其特征在于，所述反射层用于反射红外信号并与所述热敏感介质层形成所述谐振腔，所述反射层包括至少一层金属互连层，所述第一柱状结构采用所述金属互连工艺和所述通孔工艺连接所述梁结构和所述CMOS测量电路系统，所述第二柱状结构采用所述金属互连工艺和所述通孔工艺连接所述吸收板和所述梁结构；

沿远离所述CMOS测量电路系统的方向，所述梁结构依次包括第一介质层、第一电极层和第二介质层，所述吸收板依次包括第三介质层、第二电极层和第四介质层；其中，构成所述第一介质层的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种，构成所述第二介质层的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种，构成所述第三介质层的材料包括由非晶硅、非晶锗、非晶锗硅或非晶碳制备的电阻温度系数大于设定值的材料中的至少一种，构成所述第四介质层的材料包括由非晶硅、非晶锗、非晶锗硅或非晶碳制备的电阻温度系数大于设定值的材料中的至少一种；或者，

沿远离所述CMOS测量电路系统的方向，所述梁结构依次包括第一介质层、第一电极层和第二介质层，所述吸收板依次包括第三介质层、第二电极层、所述热敏感介质层和第四介质层或者所述吸收板依次包括第三介质层、所述热敏感介质层、第二电极层和第四介质层；其中，构成所述第一介质层的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种，构成所述第二介质层的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种，构成所述第三介质层的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种，构成所述第四介质层的材料包括非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种，构成所述热敏感介质层的材料包括由氧化钛、氧化钒、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶锗氧硅、硅、锗、锗硅、锗氧硅、石墨烯、钛酸锶钡薄膜、铜或铂制备的电阻温度系数大于设定值的材料中的至少一种；

构成所述第一电极层的材料包括钛、氮化钛、钽、氮化钽、钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金、镍硅合金、镍、铬、铂、钨、铝或铜中的至少一种，构成所述第二电极层的材料包括钛、氮化钛、钽、氮化钽、钛钨合金、镍铬合金、镍铂合金、镍硅合金、镍、铬、铂、钨、铝或铜中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的具有组合柱状结构的红外探测器，其特征在于，所述实心柱状结构包括实心结构，构成所述实心结构的材料包括钨、铜或铝中的至少一种；

所述实心结构的侧壁与牺牲层接触设置；或者，

所述实心结构的侧壁包覆有至少一层介质层且所述实心结构与一层所述介质层接触设置，构成所述介质层的材料包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、非晶碳、氧化铝、氧化钛、氧化钒、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶锗氧硅、硅、锗、锗硅、锗氧硅、石墨烯、铜或铂中的至少一种；或者，

所述实心结构的侧壁以及所述实心结构临近所述CMOS测量电路系统的表面包覆有至少一层粘附层，所述实心柱状结构内最外围的所述粘附层远离所述实心结构的侧壁包覆有介质层，构成所述粘附层的材料包括钛、氮化钛、钽或氮化钽中的至少一种，构成所述介质层的材料包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、非晶碳、氧化铝、氧化钛、氧化钒、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、非晶锗氧硅、硅、锗、锗硅、锗氧硅、石墨烯、铜或铂中的至少一种。

6.根据权利要求4所述的具有组合柱状结构的红外探测器，其特征在于，相对设置的所述梁结构之间的所述第一介质层和/或所述第二介质层形成图案化膜层结构，所述图案化膜层结构包括多个条状图案，所述图案化膜层结构中的图案相对于所述梁结构对称设置；

所述吸收板上形成有至少一个孔状结构，所述孔状结构至少贯穿所述吸收板中的介质层；和/或，所述梁结构上形成有至少一个孔状结构，所述孔状结构至少贯穿所述梁结构中的介质层。

7.根据权利要求1所述的具有组合柱状结构的红外探测器，其特征在于，所述红外探测器还包括第一加固结构，所述第一加固结构对应所述实心柱状结构所在位置设置且位于所述实心柱状结构远离所述CMOS测量电路系统的一侧，所述第一加固结构包括加重块状结构。

8.根据权利要求1所述的具有组合柱状结构的红外探测器，其特征在于，所述红外探测器还包括第二加固结构，所述第二加固结构对应所述空心柱状结构所在位置设置。

9.根据权利要求1所述的具有组合柱状结构的红外探测器，其特征在于，所述密闭释放隔绝层位于所述CMOS测量电路系统和所述CMOS红外传感结构之间的界面和/或位于所述CMOS红外传感结构中；

所述密闭释放隔绝层位于所述反射层上且与所述反射层接触设置，所述密闭释放隔绝层包括至少一层介质层，构成所述密闭释放隔绝层的材料包括碳化硅、碳氮化硅、氮化硅、非晶硅、非晶锗、非晶锗硅、硅、锗、锗硅、非晶碳或氧化铝中的至少一种。

10.根据权利要求1所述的具有组合柱状结构的红外探测器，其特征在于，所述红外探测器是基于3nm、7nm、10nm、14nm、22nm、28nm、32nm、45nm、65nm、90nm、130nm、150nm、180nm、250nm或350nm CMOS工艺制程；

构成所述金属互连层的金属连线材料包括铝、铜、钨、钛、镍、铬、铂、银、钌或钴中的至少一种。

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