CN113451345A - 基于半导体集成电路cmos工艺的混合成像探测器芯片 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种基于半导体集成电路CMOS工艺的混合成像探测器芯片，包括：衬底、位于衬底底部的可见光感应区域、位于可见光感光区域两侧的CMOS读取电路、位于衬底顶部上的悬空的上微桥结构和下微桥结构、下微桥结构与衬底之间形成的空气隙晶体管、上电连接支撑结构、上蛇形梁结构以及位于上蛇形梁结构与上电连接支撑结构的接触位置的压变电阻，其中，可见光感应区域内设有二极管，当下微桥结构吸收红外光发生位置的上下偏移而引起空气隙晶体管的空气隙高度发生变化，使得空气隙晶体管的源漏电流发生变化，从而实现可见光和红外光的感应。
Description
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种基于半导体集成电路CMOS工艺的混合成像探测器芯片。
背景技术
红外成像传感器是红外探测技术领域中应用非常广泛的一种产品，其一般是采用在互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor，简称：CMOS）电路上集成微桥结构，利用热敏电阻吸收红外线，且通过CMOS电路将其变化的信号转化成电信号放大输出，据此来实现热成像功能。
而随着工业和生活水平的发展，单纯的红外成像已不能满足需求，具有更宽波段的成像技术越来越受到关注，特别是能同时对可见光和红外光敏感的成像技术。
发明内容
本申请提供一种基于半导体集成电路CMOS工艺的混合成像探测器芯片，旨在提供一种高灵敏度的混合成像探测器芯片。
本申请一实施例提供一种基于半导体集成电路CMOS工艺的混合成像探测器芯片，包括：衬底、位于衬底底部的可见光感应区域、位于可见光感光区域两侧的CMOS读取电路、位于衬底顶部上的悬空的上微桥结构和下微桥结构、上电连接支撑结构、上蛇形梁结构、位于上蛇形梁结构与上电连接支撑结构的接触位置的压变电阻、以及下微桥结构与衬底之间形成的空气隙晶体管；
其中，可见光感应区域内设有二极管；当下微桥结构吸收红外光发生位置的上下偏移而引起空气隙晶体管的空气隙高度发生变化，使得空气隙晶体管的源漏电流发生变化。
在一实施例中，二极管为设有硅基PN结二极管或者金属与硅衬底构成的接触二极管。
在一实施例中，在衬底的顶部形成有空气隙晶体管的沟道，且下微桥结构上的电极材料为钨。
在一实施例中，芯片还包括：上蛇形梁结构；
其中，上微桥结构包括上电极结构，上电极结构包括上平板电极和上叉指电极；下微桥结构包括下电极结构，下电极结构包括下平板电极和下叉指电极；上平板电极和下平板电极构成平板电容；上叉指电极和下叉指电极构成叉指电容；
上电极结构通过上蛇形梁结构与上电连接支撑结构相连接，上电连接支撑结构位于衬底上；在衬底内设有金属通孔，金属通孔连接CMOS读取电路，金属通孔还与上电连接支撑结构内的电极层连接；
在上蛇形梁结构和上电极结构的连接部设有上形变结构，上形变结构用于在接收到光信号时发生形变，以带动上电极结构相对下电极结构上下平行移动，以使叉指电容的电容量呈线性变化，以使平板电容的电容量呈反比例函数变化。
在一实施例中，上形变结构包括多层薄膜结构；其中，位于顶层的薄膜的形变系数与位于底层的薄膜的形变系数不同。
在一实施例中，在接收到光信号时，位于顶层的薄膜的形变量小于位于底层的薄膜的形变量。
在一实施例中，芯片还包括：下蛇形梁结构以及下形变结构；
下电极结构通过下蛇形梁结构与上电连接支撑结构相连接，在下蛇形梁结构和下电极结构的连接部设有下形变结构，下形变结构用于在接收到光信号时发生形变，以带动下电极结构相对下电极结构上下平行移动，以使叉指电容的电容量呈线性变化，以使平板电容的电容量呈反比例函数变化；
或者
芯片还包括：下蛇形梁结构、下形变结构以及下电连接支撑结构；
下电极结构通过下蛇形梁结构与下电连接支撑结构相连接，在下蛇形梁结构和下电极结构的连接部设有下形变结构，下形变结构用于在接收到光信号时发生形变，以带动下电极结构相对下电极结构上下平行移动，以使叉指电容的电容量呈线性变化，以使平板电容的电容量呈反比例函数变化。
在一实施例中，上蛇形梁结构的蛇形延伸平面与上平板电极的平面垂直；下蛇形梁结构的蛇形延伸平面与下平板电极的平面垂直。
在一实施例中，下形变结构包括多层薄膜结构；在接收到光信号时，位于顶层的薄膜的形变量大于位于底层的薄膜的形变量。
在一实施例中，上微桥结构还包括敏感层，敏感层位于红外吸收层上，红外吸收层位于上平板电极上，敏感层包括多层薄膜结构；其中，位于顶层的薄膜的形变系数与位于底层的薄膜的形变系数相同。
在一实施例中，上叉指电极和下叉指电极构成从里到外的多层结构，最里层的下叉指电极呈圆盘状，最里层以外的上叉指电极和下叉指电极呈圆环状，且上叉指电极均与至少一个下叉指电极相邻。
在一实施例中，上叉指电极和下叉指电极构成从里到外的多层结构，最里层的呈扇形的多个下叉指电极构成圆盘状结构，最里层以外的呈扇形的多下叉指电极构成圆环状结构，部分上叉指电极呈圆环状，部分上叉指电极呈辐射状，且圆环状的上叉指电极均与多个呈扇形的下叉指电极相邻，辐射状的上叉指电极位于两个相邻的呈扇形的下叉指电极之间，且辐射状的上叉指电极和圆环状的上叉指电极相互连接。
在一实施例中，上叉指电极和下叉指电极均呈长条状，上叉指电极呈井字型分布，下叉指电极呈矩阵分布，横向分布的上叉指电极位于两行下叉指电极之间，纵向分布的上叉指电极位于两列下叉指电极之间。
本申请提供一种基于半导体集成电路CMOS工艺的混合成像探测器芯片，衬底、位于衬底底部的可见光感应区域、位于可见光感光区域两侧的CMOS读取电路、位于衬底顶部上的悬空的上微桥结构和下微桥结构、下微桥结构与衬底之间形成的空气隙晶体管、上电连接支撑结构、上蛇形梁结构以及位于上蛇形梁结构与上电连接支撑结构的接触位置的压变电阻。通过在衬底内设置可见光感应区域，其中可见光感应区域内设有二极管，二极管用于探测可见光的强度，通过在芯片内设置空气隙晶体管，当下微桥结构吸收红外光发生位置的上下偏移而引起空气隙晶体管的空气隙高度发生变化，使得空气隙晶体管的源漏电流发生变化，通过读取空气隙晶体管的源漏电流而获得红外光强度，以实现可见光和红外光强度的感应，另外，在上蛇形梁结构和上电连接支撑结构之间接触位置增设压变电阻，通过压变电阻的电流变化和空气隙晶体管的源漏电流变化获得红外光强度，可以提高红外光探测的灵敏度。
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，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1为本申请一实施例提供的一种基于半导体集成电路CMOS工艺的混合成像探测器芯片的结构示意图；
图2为图1所示的混合成像探测器芯片中的上电连接支撑的结构示意图；
图3为图1所示的混合成像探测器芯片中的蛇形梁结构的一种结构示意图；
图4为图1所示的混合成像探测器芯片中的蛇形梁结构的另一种结构示意图；
图5为图1所示的混合成像探测器芯片的一种工作原理示意图；
图6为图1所示的混合成像探测器芯片的另一种工作原理示意图；
图7为本申请另一实施例提供的一种基于半导体集成电路CMOS工艺的混合成像探测器芯片的结构示意图；
图8为本申请一实施例提供的混合成像探测器芯片中上叉指电极和下叉指电极的结构示意图；
图9为本申请另一实施例提供的混合成像探测器芯片中上叉指电极和下叉指电极的结构示意图；
图10为本申请又一实施例提供的混合成像探测器芯片中上叉指电极和下叉指电极的结构示意图。
通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
如图1至图3所示，本申请一实施例提供一种基于半导体集成电路CMOS工艺的混合成像探测器芯片，芯片包括衬底100、上电连接支撑结构120、上蛇形梁结构130、可见光感应区域160、位于可见光感应区域160两侧的CMOS读取电路150、位于衬底顶部的悬空的上微桥结构和下微桥结构、下微桥结构与衬底之间形成的空气隙晶体管、以及位于上蛇形梁结构130与上电连接支撑结构120的接触位置的压变电阻。
其中，可见光感应区域160内设有二极管，二极管为设有硅基PN结二极管或者金属与硅衬底构成的接触二极管。在衬底的顶部形成有空气隙晶体管的沟道201，在沟道201两侧设有源极202和漏极203，且下微桥结构上的下平板电极116的材料为钨，下微桥结构与衬底之间的空气作为栅极介质层204，以在下微桥结构和衬底100之间形成空气隙晶体管。
当入射光从底部入射到可见光二极管时，可见光被其吸收并经过衬底过滤，仅剩下红外信号入射到顶部的上微桥结构和下微桥结构上，从而实现混合成像效果，且可见光探测器像素与红外探测器像素一一对应，没有任何图像融合后的偏差。另外，当下微桥结构吸收红外光发生位置的上下偏移，引起空气隙晶体管的空气隙高度发生变化，使得空气隙晶体管的源漏电流发生变化，即栅极介质层厚度发生变化，从而导致其源漏电流发生变化，形成高灵敏度的单芯片集成混合成像探测器。
在上述技术方案中，通过在衬底底部设置包含有二极管的可见光感应区域感应可见光强度，在衬底与下微桥结构之间形成空气隙晶体管，下微桥结构在吸收红外光后上下移动，使得空气隙晶体管的源漏电流发生变化，通过检测空气隙晶体管的源漏电流即可获得红外光强度，从而实现红外光和可见光探测，另外，在上蛇形梁结构和上电连接支撑结构之间接触位置增设压变电阻，通过压变电阻的电流变化和空气隙晶体管的源漏电流变化获得红外光强度，可以提高红外光探测的灵敏度。
其中，上微桥结构包括上电极结构，下微桥结构包括下电极结构。上电极结构包括上平板电极112和上叉指电极111，下电极结构包括下平板电极116和下叉指电极117，上平板电极112和下平板电极116构成平板电容，上叉指电极111和下叉指电极117构成叉指电容。
上电极结构通过上蛇形梁结构130与上电连接支撑结构120相连接，上电连接支撑结构120位于衬底100上，以实现上电极结构悬浮于衬底100之上。在衬底内设有金属通孔121，金属通孔121连接CMOS读取电路150，金属通孔121还与上电连接支撑结构120内的电极层连接。
继续参考图2，上电连接支撑结构120是一个多层的中空结构，上电连接支撑结构120包括电极层123、介电层125以及隔离保护层124，隔离保护层124用于缓冲介质层以及阻挡刻蚀，介电层125用于隔离电极层123，电极层123用于将上微桥结构上的电信号引出。在衬底100上通过硅通孔工艺开有通孔121，在硅衬底上也长有金属层122，上电连接支撑结构120中的电极层123通过衬底100内的金属层122与金属通孔121连接，金属通孔121与CMOS读取电路150连接，从而实现将上微桥结构上的电信号引入CMOS读取电路。CMOS读取电路用于将电容量的变化和/或压变电阻的阻值变换转换为图像信号。
图3为混合成像探测器芯片沿着A方向上的视图，图4为混合成像探测器芯片沿着B方向上的视图，如图3和图4所示，上蛇形梁结构的蛇形延伸平面是指沿着B方向上的投影平面，上蛇形梁结构的蛇形延伸平面与上平板电极的平面垂直。通过如此设置，可以减少蛇形梁结构在A方向上的投影面积，使得在不增加混合成像探测器芯片在A方向上的投影面积下增加上平板电极的面积，从而增加混合成像探测器芯片的感光面积。
参考图1至图4，在上蛇形梁结构130和上电极结构的连接部设有上形变结构140，上形变结构140用于在接收到光信号时发生形变，以带动上电极结构相对下电极结构上下平行移动，以使平板电容的上平板电极112和下平板电极116之间的距离发生变化，使得叉指电容的上叉指电极111和下叉指电极117之间的有效面积发生变化，也就是叉指电容的电容量呈线性变化，平板电容的电容量呈反比例函数变化，有利于根据电容量变化量解析出光强度。
在一实施例中，上微桥结构包括上电极结构、红外吸收层114以及敏感层115，上电极结构包括上叉指电极111以及上平板电极112。下电极结构包括下平板电极116以及下叉指电极117。
其中，红外吸收层114位于上平板电极112上，敏感层115位于红外吸收层114上，红外吸收层114用于吸收红外光信号后发热，敏感层115包括多层薄膜结构，位于顶层的薄膜和位于底层的薄膜结构会随着温度的变化发生形变，位于中间的薄膜起到支撑作用，位于顶层的薄膜的形变系数与位于底层的薄膜的形变系数相同，以使红外吸收层114的温度发生变化时敏感层115不会发生形变，也就是在红外吸收层114吸收红外光后，上平板电极112和下平板电极116之间仍然是平行设置，上叉指电极111和下叉指电极117之间仍然是平行设置。
如图1至图4所示，在上电极结构和上蛇形梁结构130的连接处设有上形变结构140，且上形变结构140与位于上电极结构上的红外吸收层114连接。当红外光照射探测器时，红外吸收层114吸收红外光信号而发热，并将热传导至上形变结构140，引起上形变结构140发生形变。
在一实施例中，上形变结构的长度远小于蛇形梁的长度，以保证上形变结构140相对上电极结构和上蛇形梁结构为一个点，以使热传导到上形变结构140而引发生形变时，使得上平板电极相对下平板电极上下移动，而不能引起上平板电极相对下平板电极发生翘曲。
在一实施例中，上形变结构140包括多层薄膜结构，位于顶层的薄膜和位于底层的薄膜结构会随着温度的变化发生形变，位于中间的薄膜起到支撑作用。其中，位于顶层的薄膜的形变系数与位于底层的薄膜的形变系数不同，通过如此设置，在红外线照射混合成像探测器芯片时，上形变结构140发生形变翘曲，上微桥结构的表面不发生形变，以使叉指电容的电容量呈线性变化，以使平板电容的电容量呈反比例函数变化，便于根据电容量变化解析出红外光的强度。
在一实施例中，在接收到光信号时，位于顶层的薄膜的形变量小于位于底层的薄膜的形变量。也就是将上形变结构140的多层薄膜配置为热膨胀系系数不匹配的薄膜，上形变结构140的位于顶层的薄膜为热膨胀系数较小的薄膜，上形变结构140的位于底层的薄膜为热膨胀系数更大的薄膜，以保证位于顶层的薄膜的形变量小于位于底层的薄膜的形变量，通过如此设置，上微桥结构的表面吸收红外光信号而引起温度上升，上形变结构140向上翘曲，带动上电极结构相对下电极结构向上平移。
由于电容的电容量计算公式为C=εA/4πkd，在混合成像探测器芯片接收红外光照射时，平板电容的两个电极之间的距离发生变化，也就是平板电容的电容量变化规律是y~1/x的关系，其中，~表示正比于。叉指电容的两个电极之间的相对面积发生变化，也就是叉指电容的电容量变化规律是y~x的关系。从整体来看，平板电容和叉指电容量的变化规律均呈线性，更容易将电容量解析为红外光信号。
通常情况下，在同时使用叉指电容和平板电容的变化量来检测红外光的探测器中，若叉指电容的电容量变化规律和/或平板电容的电容量变化规律比较复杂，会使得电容量解析过程更为复杂，而本申请中保证平板电容和叉指电容的电容量呈线性，可以简化电容量的解析过程，而传感器的信号解析过程是传感器应用的重要环节，本申请提供方案更利于探测器的产品性能提升。
在一实施例中，继续参考图1，下电极结构位于衬底100中下电极隔离区域，以实现衬底100与下电极结构之间电隔离和热隔离。下电极结构包括下平板电极116和下叉指电极117，还可以在下叉指电极117和上叉指电极111之间设有隔离介质，以避免上叉指电极111和下叉指电极117之间放电。
在一实施例中，混合成像探测器芯片还包括下电连接支撑结构180，下电极结构直接与下电连接支撑结构180相互连接。在衬底上还设有金属通孔181，金属通孔181与下电连接支撑结构180之间电连接，下电连接支撑结构180与上电连接支撑结构120的具体结构相同，此处不再赘述。
在一实施例中，在衬底100上设有可见光感应区域160，在探测光信号经过衬底100底部射入时，由可见光感应区域160吸收光信号中可见光后继续射入上微桥结构，由上微桥结构上的红外吸收层114吸收红外光信号后，将热传递至上形变结构140，以使上形变结构140发生形变，引起平板电容和叉指电容发生变化。
在一实施例中，在上蛇形梁结构130和上电连接支撑结构的接触位置设有压变电阻113，在上形变结构140发生形变时引起压变电阻113阻值发生变化，也就是除了电容量变化外，电阻阻值也发生相应的变化，通过如此设置，可以利用标准的CMOS电路中谐振电路来检测电阻和电容的变化信号，从而生成可见光和红外光的混合成像。
在上述技术方案中，通过让位于上蛇形梁结构和上电极结构之间的形变梁在红外光照射下发生形变，而上微桥结构的表面不发生形变，使得上叉指电极在上形变结构的带动下沿着垂直方向平行移动，使得上叉指电极和下叉指电极形成的电容量呈线性变化，两个平板电极之间的距离发生变化，也就是叉指电容的电容量呈线性变化，以使平板电容的电容量呈反比例函数变化，两个电容量的变化规律容易获得，从而易于根据电容变化量解析出红外光强度。
继续参考图1，在一实施例中，该混合成像探测器芯片还包括：下蛇形梁结构以及下形变结构190。下蛇形梁结构的蛇形延伸平面是指沿着B方向下的投影平面，下蛇形梁结构的蛇形延伸平面与下平板电极的平面垂直。下蛇形梁结构可以参考图2和图3，此处不再赘述。
其中，下电极结构通过下蛇形梁结构与下电连接支撑结构180相连接，在下蛇形梁结构和下电极结构的连接部设有下形变结构190，下形变结构190用于在接收到光信号时发生形变，以带动下电极结构相对上电极结构上下平行移动，以使叉指电容的电容量呈线性变化，以使平板电容的电容量呈反比例函数变化。
在一实施例中，上形变结构140和下形变结构190均包括多层薄膜结构。在多层膜结构中，位于顶层的薄膜和位于底层的薄膜结构会随着温度的变化发生形变，位于中间的薄膜起到支撑作用。接收到光信号时，上形变结构140中位于顶层的薄膜的形变量小于位于底层的薄膜的形变量。下形变结构190位于顶层的薄膜的形变量大于位于底层的薄膜的形变量。图5为上形变结构140和下形变结构190没有发生形变的示意图，图6为上形变结构140和下形变结构190发生形变后的示意图。将上形变结构的多层薄膜配置为热膨胀系数不匹配的结构，上形变结构的顶层薄膜为热膨胀系数较小的薄膜，上形变结构的底层薄膜为热膨胀系数更大的薄膜。通过如此设置，上微桥结构的表面吸收红外光而引起温度上升后，上蛇形梁结构发生向上翘曲，带动上微桥结构向上平移。
下形变结构的多层薄膜的热膨胀系数也是不匹配，薄膜设置方式与上形变结构的薄膜设置方式相反。也就是下形变结构的顶层薄膜为热膨胀系数较大的薄膜，下形变结构的底层薄膜为热膨胀系数较小的薄膜，下形变结构190发生形变向下弯曲。上微桥表面上的敏感层使用热膨胀系数相同的材料，温度上升时不发生形变。在上蛇形梁结构与上电极结构连接处发生翘曲，或者在下蛇形梁结构与下电极结构连接处发生翘曲时，带动相应的电极结构上下平行移动，以使平板电容的电容量和叉指电容的电容量呈线性变化，整个结构的电容变化量更容易使用模型进行模拟和计算，更利于产品的性能提升。
通过让上电连接支撑结构120通过上蛇形梁结构130与上电极结构连接，让下电连接支撑结构180通过下蛇形梁结构170与下电极结构连接，形成两个悬臂梁结构，在同样的照射下，两个悬臂梁结构的电容变化量比单个悬臂梁结构的电容变化量更大，混合成像探测器芯片的灵敏度更高，性能更优。
在一实施例中，如图7所示，下电极结构通过下蛇形梁结构170与上电连接支撑结构120相连接，并在下蛇形梁结构170和下电极结构的连接部设有下形变结构190，下形变结构190用于在接收到光信号时发生形变，以带动下电极结构相对上电极结构上下平行移动，以使叉指电容的电容量呈线性变化，以使平板电容的电容量呈反比例函数变化。也就是上电极结构和下电极结构连接同一个电连接支撑结构，无需再设置下电连接支撑结构180，也无需设置下电连接支撑结构180所连接的CMOS读取电路，可以简化混合成像探测器芯片的结构。
由于本申请中通过在上蛇形梁结构130和上电极结构的连接处设置上形变结构140，使得上叉指电极111相对下叉指电极117上下平行移动，相较于由于上电极结构表面的敏感层发生翘曲引起上叉指电极111相对下叉指电极117转动的方案，本申请的上叉指电极111和下叉指电极117之间的距离可以设计的更加紧凑，上叉指电极和下叉指电极的分布更密，叉指电容及其变化量更大，混合成像的探测器的灵明度更高。基于上述技术构思，本申请还提供图8至图10所示的上叉指电极111和下叉指电极117的结构。
如图1和8所示，上叉指电极111和下叉指电极117构成从里到外的多层结构，最里层的下叉指电极117呈圆盘状，位于最里层的下叉指电极以外的下叉指电极117呈圆环状，上叉指电极111也呈圆环状，且上叉指电极111均与至少一个下叉指电极117相邻，以使两个相邻的上叉指电极和下叉指电极之间形成叉指电容，上叉指电极111与上平板电极112连接，下叉指电极117与下平板电极116连接，通过如此设置，可以在相同投影面积下使上叉指电极和下叉指电极的设置密度更高，从而可以增加红外光照射后引起电容变化量，进而提高探测器的灵敏度。
在一实施例中，当上叉指电极111和下叉指电极117呈圆环状时，上叉指电极111的厚度d2小于下叉指电极117的厚度d1，通过如此设置，可以降低悬臂梁所承受的转矩，从而提升探测器的结构可靠性。
如图1和9所示，上叉指电极111和下叉指电极117构成从里到外的多层结构，最里层的呈扇形的多个下叉指电极117构成圆盘状结构，最里层以外的呈扇形的下叉指电极117构成圆环状结构，一部分上叉指电极111呈圆环状，且圆环状的上叉指电极111均与多个呈扇形的下叉指电极117相邻，另一部分上叉指电极111还成辐射状，辐射状的上叉指电极111位于两个相邻的呈扇形的下叉指电极117之间，辐射状的上叉指电极111和圆环状的上叉指电极111相互连接后与上平板电极112连接，下叉指电极117和下平板电极116连接，通过如此设置，可以在相同投影面积下使上叉指电极和下叉指电极的设置密度更高，从而可以增加红外光照射后引起电容变化量，进而提高探测器的灵敏度。
在一实施例中，呈圆环状的上叉指电极111的厚度d2小于呈扇形的下叉指电极117的厚度d1，通过如此设置，可以降低悬臂梁所承受的转矩，从而提升探测器的结构可靠性。
如图1和10所示，上叉指电极111和下叉指电极117均呈长条状，上叉指电极111呈井字型分布，下叉指电极117呈矩阵分布。在呈井字型分布的上叉指电极111中，横向分布的上叉指电极111位于两行下叉指电极117之间，纵向分布的上叉指电极111位于两列下叉指电极117之间。上叉指电极111与上平板电极112连接，下叉指电极117与下平板电极116连接。通过如此设置，可以在相同投影面积下使上叉指电极和下叉指电极的设置密度更高，从而可以增加红外光照射后引起电容变化量，进而提高探测器的灵敏度。
在一实施例中，呈井字型的上叉指电极111的厚度d2小于呈矩形阵列状的下叉指电极117的厚度d1，通过如此设置，可以降低悬臂梁所承受的转矩，从而提升探测器的结构可靠性。
在上述技术方案中，在上蛇形梁结构与上微桥结构的电极连接的地方设置形变结构，并在光信号照射下发生形变，而上微桥结构上的敏感层不发生形变，也就是使得上微桥结构的表面不发生形变，通过如此设置，使得上叉指电极在形变结构的带动下沿着垂直方向平行移动，上叉指电极和下叉指电极之间的相对面积发生变化，上平板电极和下平板电极之间的距离发生变化，使得上叉指电极和下叉指电极形成的电容量呈线性变化，且平板电极形成的平板电容变化规律也容易获得，从而易于根据电容变化量解析出红外光强度。再通过使上叉指电极和下叉指电极呈圆环形阵列、扇形阵列、以及井字型阵列，使得上叉指电极和下叉指电极排布更加紧密，在相同投影面积下电极密度更高，在发生形变时上叉指电极和下叉指电极所构成电容的电容量变化更大，提升红外探测器的灵敏度。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求书来限制。
Claims (13)
1.一种基于半导体集成电路CMOS工艺的混合成像探测器芯片，其特征在于，包括：衬底、位于所述衬底底部的可见光感应区域、位于所述可见光感光区域两侧的CMOS读取电路、位于所述衬底顶部的悬空的上微桥结构和下微桥结构、上电连接支撑结构、上蛇形梁结构、位于所述上蛇形梁结构与所述上电连接支撑结构的接触位置的压变电阻、以及所述下微桥结构与所述衬底之间形成的空气隙晶体管；
其中，所述可见光感应区域内设有二极管；当下微桥结构吸收红外光发生位置的上下偏移而引起所述空气隙晶体管的空气隙高度发生变化时，使得空气隙晶体管的源漏电流发生变化。
2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述二极管为设有硅基PN结二极管或者金属与硅衬底构成的接触二极管。
3.根据权利要求2所述的芯片，其特征在于，在所述衬底的顶部形成有空气隙晶体管的沟道，且所述下微桥结构上的电极材料为钨。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的芯片，其特征在于，所述芯片还包括：上形变结构；
其中，所述上微桥结构包括上电极结构，所述上电极结构包括上平板电极和上叉指电极；所述下微桥结构包括下电极结构，所述下电极结构包括下平板电极和下叉指电极；所述上平板电极和所述下平板电极构成平板电容；所述上叉指电极和所述下叉指电极构成叉指电容；
所述上电极结构通过上蛇形梁结构与所述上电连接支撑结构相连接，所述上电连接支撑结构位于衬底上；在所述衬底内设有金属通孔，所述金属通孔连接CMOS读取电路，所述金属通孔还与所述上电连接支撑结构内的电极层连接；
在所述上蛇形梁结构和所述上电极结构的连接部设有所述上形变结构，所述上形变结构用于在接收到光信号时发生形变，以带动所述上电极结构相对所述下电极结构上下平行移动，以使所述叉指电容的电容量呈线性变化，以使所述平板电容的电容量呈反比例函数变化。
5.根据权利要求4所述的芯片，其特征在于，所述上形变结构包括多层薄膜结构；其中，位于顶层的薄膜的形变系数与位于底层的薄膜的形变系数不同。
6.根据权利要求5所述的芯片，其特征在于，在接收到光信号时，位于顶层的薄膜的形变量小于位于底层的薄膜的形变量。
7.根据权利要求4所述的芯片，其特征在于，所述芯片还包括：下蛇形梁结构以及下形变结构；
所述下电极结构通过下蛇形梁结构与所述上电连接支撑结构相连接，在所述下蛇形梁结构和所述下电极结构的连接部设有下形变结构，所述下形变结构用于在接收到光信号时发生形变，以带动所述下电极结构相对所述上电极结构上下平行移动，以使所述叉指电容的电容量呈线性变化，以使所述平板电容的电容量呈反比例函数变化；
或者
所述芯片还包括：下蛇形梁结构、下形变结构以及下电连接支撑结构；
所述下电极结构通过下蛇形梁结构与所述下电连接支撑结构相连接，在所述下蛇形梁结构和所述下电极结构的连接部设有下形变结构，所述下形变结构用于在接收到光信号时发生形变，以带动所述下电极结构相对所述上电极结构上下平行移动，以使所述叉指电容的电容量呈线性变化，以使所述平板电容的电容量呈反比例函数变化。
8.根据权利要求7所述的芯片，其特征在于，所述上蛇形梁结构的蛇形延伸平面与所述上平板电极的平面垂直；所述下蛇形梁结构的蛇形延伸平面与所述下平板电极的平面垂直。
9.根据权利要求7所述的芯片，其特征在于，所述下形变结构包括多层薄膜结构；
在接收到光信号时，位于顶层的薄膜的形变量大于位于底层的薄膜的形变量。
10.根据权利要求4所述的芯片，其特征在于，所述上微桥结构还包括敏感层，所述敏感层位于红外吸收层上，所述红外吸收层位于所述上平板电极上；所述敏感层包括多层薄膜结构；位于顶层的薄膜的形变系数与位于底层的薄膜的形变系数相同。
11.根据权利要求4所述的芯片，其特征在于，所述上叉指电极和所述下叉指电极构成从里到外的多层结构，最里层的下叉指电极呈圆盘状，最里层以外的上叉指电极和下叉指电极均呈圆环状，且每个上叉指电极均与至少一个下叉指电极相邻。
12.根据权利要求4所述的芯片，其特征在于，所述上叉指电极和所述下叉指电极构成从里到外的多层结构，最里层的呈扇形的多个下叉指电极构成圆盘状结构，最里层以外的呈扇形的多下叉指电极构成圆环状结构，部分上叉指电极呈圆环状，部分上叉指电极呈辐射状，且每个圆环状的上叉指电极均与多个呈扇形的下叉指电极相邻，辐射状的上叉指电极位于两个相邻的呈扇形的下叉指电极之间，且辐射状的上叉指电极和圆环状的上叉指电极相互连接。
13.根据权利要求4所述的芯片，其特征在于，所述上叉指电极和所述下叉指电极均呈长条状，所述上叉指电极呈井字型分布，所述下叉指电极呈矩阵分布，横向分布的所述上叉指电极位于两行下叉指电极之间，纵向分布的所述上叉指电极位于两列下叉指电极之间。
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