CN114485950A - 一种平面图像传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种平面图像传感器。包括像元阵列和衬底，所述衬底包括读出电路，所述像元阵列设置于所述衬底上，所述像元阵列中的每个像元包括吸收层和微桥，所述微桥与所述读出电路连接，所述吸收层包括多个电磁波吸收块，所述多个电磁波吸收块缝隙间隔排列。本发明能够增大入射能量的吸收面积，提高吸收效率，在提高牺牲层的释放效率的同时，减少热响应时间。

Description

一种平面图像传感器
技术领域
本发明涉及图像传感器技术领域，具体涉及一种平面图像传感器。
背景技术
近年来，图像传感器领域中非制冷红外焦平面探测器技术得到快速发展，已广泛应用于国防、航天、安防、生产监控等众多领域。微测辐射热计(Micro-bolometer)是非制冷红外探测器的主流技术之一，主要是基于具有热敏特性的材料在温度发生变化时电阻值发生相应的变化而制造的一种非制冷红外探测器。当在热敏电阻两端施加固定的偏置电压或电流源，入射红外辐射引起的温度变化使得热敏电阻阻值变化，从而使电流、电压发生改变，并由读出电路(ROIC)读出电信号的变化。
随着微机械制造MEMS技术的发展，非制冷红外焦平面探测器已实现小型化，高集成，批量化生产。非制冷红外焦平面阵列探测器的单元通常采用悬臂梁微桥结构，利用牺牲层释放工艺形成微桥结构，桥面上的热敏材料通过桥臂与读出电路相连。非制冷红外焦平面探测器的小型化和高分辨率，对探测器的尺寸要求越来越小，阵列要求越来越大。随着像元尺寸的缩小，入射到像元中的红外辐射能量以平方率的方式缩小。当像元尺寸由17微米下降到12微米时，入射能量降低一倍，当像素降低至8微米时，入射能量仅为17微米的25％。因此在非制冷红外焦平面探测器向小型化和高分辨率发展的道路上存在着，入射能量吸收面积小，单层结构的像元素无法满足小尺寸红外探测器的性能要求的技术问题。
为了增大入射能量吸收面积，现有技术是在平面状的电磁波吸收材料上加入具有褶皱形貌的伞式电磁波吸收装置，扩大了电磁波的吸收面积，并且对入射角没有限制，提高了像元的响应速率，但其技术方案对伞式结构下面的两层牺牲层的释放存在局限性，以及增大吸收层的热容，导致热响应时间增大，不能满足红外探测器性能要求。
发明内容
本发明提供一种新型的平面传感器，通过增加一层吸收层，增大入射能量的吸收面积，提高吸收效率。在增加的吸收层上设置缝隙间隔排列结构，提高牺牲层的释放效率，降低吸收层的热容，在增大吸收面积的同时，减少了热响应时间。
本公开实施例中提供了一种平面图像传感器，包括：
包括像元阵列和衬底，所述衬底包括读出电路，所述像元阵列设置于所述衬底上，所述像元阵列中的每个像元包括吸收层和微桥，所述微桥与所述读出电路连接，所述吸收层包括多个电磁波吸收块，所述多个电磁波吸收块缝隙间隔排列。
进一步，所述吸收层还包括：支撑座和横梁，所述支撑座顶端与所述横梁底面固定连接，所述支撑座底面与所述微桥固定连接，所述多个电磁波吸收块缝隙间隔排列于所述横梁表面上。
进一步的，所述多个电磁波吸收块缝隙间隔排列于横梁两侧，呈辐射状。
进一步的，当所述电磁波吸收块实现为圆环时，所述多个电磁波吸收块对应的圆环相互间隔形成同心圆排列于所述横梁表面上。
进一步的，所述支撑座为椭圆柱，圆柱或方形柱。
进一步的，若所述支撑座中空，所述中空支撑座顶端开口设置于所述横梁上。
进一步的，所述缝隙的宽度范围为0.3微米～2微米。
本发明一种平面图像传感器，相对于现有技术而言具有的优点是：
1、本发明在微桥上面增加了吸收层，吸收层是由电磁波吸收块缝隙间隔排列组成电磁波吸收层，能够增大入射能量的吸收面积。
2、本发明中电磁波吸收块缝隙间隔排列中的缝隙间隔结构，能够提高牺牲层的释放效率。
3、本发明中电磁波吸收块缝隙间隔排列中的缝隙间隔结构，能够减少吸收层的热容，在热导不变的情况下，减少了热响应时间。
附图说明
图1示出本发明现有技术中像元结构示意图；
图2示出本发明实施例1中增加吸收层部分机构的结构示意图；
图3示出本发明实施例1中增加了吸收层的结构示意图；
图4示出本发明实施例2中增加了吸收层的结构示意图；
图5示出本发明实施例3中电磁波吸收块形状为圆环时的结构示意图；
图6示出本发明像元排列成像元阵列的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图的图1对本发明的一种平面图像传感器结合附图中的图1至图6作进一步详细说明。
下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
实施例1
本实施例提供一种平面图像传感器，如图6所示，包括像元阵列和衬底6，所述衬底6包括读出电路，所述像元阵列设置于所述衬底6上，所述像元阵列中的每个像元9包括吸收层和微桥，所述微桥与所述读出电路连接，所述吸收层包括多个电磁波吸收块7，所述多个电磁波吸收块7缝隙间隔排列。现有技术中，如图1所示，衬底6包括读出电路，所述读出电路是通过COMS工艺制作成的ASIC集成电路，能够读取电信号的变化，转换成数字输出。所述微桥，包含桥墩1，桥臂2，桥面3，接触电极孔4。桥墩1通过桥臂2连接桥面3，并支撑起桥面3。热敏电阻内置于桥面内，桥面表面开接触电极孔4，热敏电阻通过接触电极孔4，经过桥臂2内的金属连接到读出电路。相对于现有技术，本发明中，在微桥的上面设置了吸收层，如图2和图3所示，所述吸收层包含多个电磁波吸收块7。所述多个电磁波吸收块7缝隙间隔排列，构成了吸收层的电磁波吸收层。多个电磁波吸收块7缝隙间隔构成了吸收层的电磁波吸收层，增加了电磁波的吸收面积，提高了像元的响应速率。并且多个电磁波块7缝隙间隔排列中的缝隙结构的作用主要有两方面，一方面，减少了吸收层的热容，由于热导不变，从而减少热响应时间；另一方面，缝隙结构是牺牲层的释放的通道，释放气体可以通过缝隙进入到牺牲层，反应副产物也可以通过缝隙结构释放挥发出去，提供了牺牲层的释放效率。
进一步，如图2和3所示，所述吸收层还包括：支撑座5和横梁8，所述支撑座5顶端与所述横梁8底面固定连接，所述支撑座5底面与所述微桥固定连接，所述多个电磁波吸收块7缝隙间隔排列于所述横梁8表面上。多个电磁波吸收块7缝隙间隔排列于所述横梁8表面上，吸收红外辐射，并将热量通过支撑座5传递到所述微桥的桥面3上。所述横梁8位于所述支撑座5顶端，多个电磁波吸收块7缝隙间隔排列组成的电磁波吸收层的下面，起到连接支撑座5与电磁波吸收层以及稳固支撑电磁波吸收层的作用。
进一步，所述多个电磁波吸收块7缝隙间隔排列于横梁8两侧，呈辐射状。在本实施例中，如图3所示，多个电磁波吸收块7缝隙间隔排列于横梁8两测，呈辐射状，也就是多个电磁波吸收块7缝隙间隔排列成天线形状的电磁波吸收层。
进一步，所述支撑座5为椭圆柱，圆柱或方形柱。在支撑力相同的条件下，不同形状的支撑座5与横梁8的接触面积也就不同，热传导的能力也就不同。根据不同的实施情况，选用不同形状的支撑座5。在本实施例中，如图2和图3所示，支撑座5的形状为方形柱。
进一步，所述缝隙的宽度范围为0.3微米～2微米。本发明在吸收层中增加了缝隙结构。红外射线是电磁波中一种，平面图像传感器中的像元吸收中波段的红外射线，其主要波段在3微米～5微米和8微米～14微米。红外射线传播过程中，遇到缝隙或者障碍物跟波长相近似，甚至比波长还要小时，红外线的衍射现象十分明显。本发明缝隙的宽度范围设定为0.3微米～2微米，其尺寸远远小于像元吸收红外射线的波段，因此红外线在穿过缝隙时发生衍射。红外射线通过缝隙进入到桥面时，红外辐射可以直射照射进入到桥面，也可以衍射照射进入到桥面，红外线衍射光通过缝隙进入桥面，可以让桥面接受更多的红外辐射照射能量。在本实施例中，作为优选，缝隙的宽度为0.7微米～1.5um。
实施例2
本实施例中与实施例1中相同的技术特征不再赘述，本实施例与实施例1中不同的特征在于：在本实施例中，进一步，若所述支撑座5中空，所述中空支撑座顶端开口设置于横梁上。中空的支撑座5相比较于实心的支撑座5易于加工，相同接触面积下，热容更小。在本实施例中，如图4所示，支撑座5中空，中空的支撑座5顶端与横梁8连接，中空支撑座5顶端开口设置于横梁8上，所述多个电磁波吸收块7缝隙间隔排列于所述横梁8表面上，电磁波吸收块7以及之间的缝隙不仅增大了红外辐射的吸收面积，而且易于牺牲层反应副产物挥发出去，提高了释放效率。进一步，中空结构的支撑座5由于更小的热容，由于热导不变，从而获得更小的热响应时间。
实施例3
本实施例中与实施例1和实施例2中相同的技术特征不在赘述，本实施例与实施例1和实施例2中不同的技术特征在于：进一步，当所述电磁波吸收块7的形状实现为圆环时，所述多个电磁波吸收块7对应的圆环相互间隔形成同心圆排列于所述横梁8表面上。如图5所示，在本实施例中，当电磁波吸收块7的形状为圆环时，所述多个电磁波吸收块7对应的圆环相互间隔形成同心圆排列于所述横梁8表面上。圆环相互间隔，也就相当于缝隙间隔。也即是多个电磁波吸收块7缝隙间隔以同心圆形状实施的电磁波吸收层。
上述仅对本发明中的几种具体实施例加以说明，但并不能作为本发明的保护范围，凡是依据本发明中的设计精神所做出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等，均应认为落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种平面图像传感器，其特征在于，包括像元阵列和衬底，所述衬底包括读出电路，所述像元阵列设置于所述衬底上，
所述像元阵列中的每个像元包括吸收层和微桥，所述微桥与所述读出电路连接，所述吸收层包括多个电磁波吸收块，所述多个电磁波吸收块缝隙间隔排列。
2.根据权利要求1所述的平面图像传感器，其特征在于，所述吸收层还包括：支撑座和横梁，
所述支撑座顶端与所述横梁底面固定连接，所述支撑座底面与所述微桥固定连接，所述多个电磁波吸收块缝隙间隔排列于所述横梁表面上。
3.根据权利要求2所述的平面图像传感器，其特征在于，
所述多个电磁波吸收块缝隙间隔排列于横梁两侧，呈辐射状。
4.根据权利要求2所述的平面图像传感器，其特征在于，
当所述电磁波吸收块实现为圆环时，所述多个电磁波吸收块对应的圆环相互缝隙间隔形成同心圆排列于所述横梁表面上。
5.根据权利要求2所述的平面图像传感器，其特征在于，所述支撑座为椭圆柱，圆柱或方形柱。
6.根据权利要求2所述的平面图像传感器，其特征在于，若所述支撑座中空，所述中空支撑座顶端开口设置于所述横梁上。
7.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的平面图像传感器，其特征在于，所述缝隙的宽度范围为0.3微米～2微米。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002523768A (ja) * 1998-08-31 2002-07-30 デーウー・エレクトロニクス・カンパニー・リミテッド 蛇行状の応力調和部を有するボロメーター
CN201184818Y (zh) * 2008-02-01 2009-01-21 中国科学技术大学 光学读出热型红外图像传感器中加强型红外吸收板
US20120013989A1 (en) * 2010-07-15 2012-01-19 Electronics And Telecommunications Research Institute Meta material and method of manufacturing the same
CN105870143A (zh) * 2016-05-03 2016-08-17 合肥芯福传感器技术有限公司 一种新型多层结构像元、像元阵列及图像传感器
CN205873891U (zh) * 2016-06-29 2017-01-11 武汉高德红外股份有限公司 微桥结构以及微测辐射热计
CN113432724A (zh) * 2021-06-25 2021-09-24 北京北方高业科技有限公司 一种非制冷调谐型红外探测器
CN113447148A (zh) * 2021-06-25 2021-09-28 北京北方高业科技有限公司 一种红外焦平面探测器

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002523768A (ja) * 1998-08-31 2002-07-30 デーウー・エレクトロニクス・カンパニー・リミテッド 蛇行状の応力調和部を有するボロメーター
CN201184818Y (zh) * 2008-02-01 2009-01-21 中国科学技术大学 光学读出热型红外图像传感器中加强型红外吸收板
US20120013989A1 (en) * 2010-07-15 2012-01-19 Electronics And Telecommunications Research Institute Meta material and method of manufacturing the same
CN105870143A (zh) * 2016-05-03 2016-08-17 合肥芯福传感器技术有限公司 一种新型多层结构像元、像元阵列及图像传感器
CN205873891U (zh) * 2016-06-29 2017-01-11 武汉高德红外股份有限公司 微桥结构以及微测辐射热计
CN113432724A (zh) * 2021-06-25 2021-09-24 北京北方高业科技有限公司 一种非制冷调谐型红外探测器
CN113447148A (zh) * 2021-06-25 2021-09-28 北京北方高业科技有限公司 一种红外焦平面探测器

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