视杆细胞型红外热成像传感器的制作方法

1.本技术涉及图像传感器领域，尤其涉及一种视杆细胞型红外热成像传感器。


背景技术：

2.随着红外热成像传感器应用于手机、平板电脑或可穿戴设备等具有图像感测功能或光感测功能的小型电子设备中，为了满足小体积限定的要求，传统方法就是通过降低分辨率来缩小传感器体积，如此做给用户带来不好的应用体验，需开发既具有小体积又保证高清晰的产品以满足新一代消费电子对传感器的需求。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本技术提供了一种视杆细胞型红外热成像传感器。
4.为了解决上述技术问题，本技术采用了如下技术方案：提供一种视杆细胞型红外热成像传感器，所述传感器包括：集成电路衬底；设置在集成电路衬底上的多个阵列排布的传感器像元；所述每个像元包括反射层、支撑体、电极层、感光体和覆盖在感光体表面的钝化膜；所述电极层、所述感光体和所述钝化膜位于所述支撑体上方；所述电极层电连接所述感光体和所述支撑体；所述感光体为立体结构，所述感光体被配置为接收热辐射并产生电信号。
5.优选地，所述感光体为圆柱体或长方体结构。
6.优选地，所述感光体材料包括氧化钒、氧化钛、硅、铁电材料、石墨烯或碲镉汞。
7.优选地，所述像元还包括抗反射膜，被配置介于感光体和钝化膜之间。
8.优选地，所述支撑体的数量至少为两个。
9.优选地，所述位于感光体上表面的钝化膜具有超表面结构。
10.优选地，所述超表面结构包括多圆柱体凸起结构或多级阶梯状同心环带结构。
11.相较于现有技术，本技术具有以下有益效果：基于以上技术方案可知，本技术提供的视杆细胞型红外热成像传感器设置有立体结构的对红外热辐射敏感的感光体，在不减小采集热辐射的空间面积的条件下，大幅缩小了红外热成像传感器面积，同时兼具高分辨和小体积的特征；视杆细胞型红外热成像像元顶部设置有超表面结构，感光体顶部设置有抗反射膜，使像元可以接收到更多的热辐射，提高红外传感性能。
附图说明
12.为了更清楚地说明本技术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，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，
还可以根据这些附图获得其它的附图。
13.图1是本技术实施例提供的一种视杆细胞型红外热成像像元示意图。
14.图2是本技术实施例提供的一种视杆细胞型红外热成像传感器示意图。
15.图3是本技术实施例提供的一种像元阵列排布方式示意图。
16.图4是本技术实施例提供的另一种像元阵列排布方式示意图。
17.图5是本技术实施例提供的一种视杆细胞型红外热成像像元截面图。
18.图6本技术实施例提供的一种入射光示意图。
19.图7本技术实施例提供的另一种视杆细胞型红外热成像像元截面图。
20.图8本技术实施例提供的钝化膜超表面结构示意图。
21.图9本技术实施例提供的另一种视杆细胞型红外热成像像元截面图。
22.在附图中，各标号所表示的部件名称如下：10、像元，20、集成电路衬底，101、反射层，102、支撑体，103、感光体，104、电极层，105、钝化膜，106、超表面结构，107、抗反射膜。
具体实施方式
23.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
24.应当说明的是，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。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物品或者设备中还存在另外的相同要素。
25.在介绍本技术提供的技术方案前，首先介绍视杆细胞。
26.视杆细胞是视细胞的一种，位于视网膜内，人的视网膜中约有12000万个视杆细胞。视杆细胞的杆状体呈细长圆柱体，长约40至60微米，直径约2微米。视杆细胞有感光物质，在光刺激下，感光物质可发生一系列的光化学变化和电位改变，使视细胞发放神经冲动。
27.图1是本技术实施例提供的一种视杆细胞型红外热成像像元示意图。
28.图2是本技术实施例提供的一种视杆细胞型红外热成像传感器示意图。
29.参考图1和图2，本技术实施例提供的视杆细胞型红外热成像传感器包括多个阵列排布的传感器像元10和位于像元下方的集成电路衬底20。
30.像元10可以接收来自外部环境中物体反射来的与热辐射对应的光谱范围内的电磁辐射，例如，波长为3.5微米至14微米的电磁波，通过具有光敏特性的感光区将光信号转化为电信号。
31.集成电路衬底20包括读出电路用于实现信号采集和数据处理。
32.图3和图4是本技术实施例提供的像元阵列排布方式示意图，参考图3和图4，视杆细胞型红外热成像传感器包括多个阵列排布像元10，像元阵列可以呈常规矩形阵列排布，像元阵列也可以呈行列错位式排布。
33.图5是本技术实施例提供的一种视杆细胞型红外热成像像元截面图。
34.参考图5，像元10具体包括反射层101、支撑体102、感光体103、电极层104、钝化膜105。
35.反射层101用于反射红外线至像元10中的感光体103，反射层101的上表面至钝化膜105的下表面（钝化膜105与支撑体102的接触面）之间的空间形成谐振腔，设置谐振腔的高度大于等于1微米，小于等于2.5微米。
36.具体地，通过调整光学谐振腔的高度，可以提高像元对红外辐射的吸收率，部分入射的红外辐射能量会穿透感光体103，在感光体103下方制作一层红外反射层101，反射层101能够将从上方投射来的红外辐射能量反射回感光体103进行二次吸收。
37.支撑体102起到对上方感光体103、电极层104和钝化膜105组合体的支撑作用，支撑体102的下表面可与反射层101连接，不与集成电路衬底20接触，或者，支撑体102也可与集成电路衬底20连接，即嵌入反射层101中。
38.支撑体102的上表面至少部分连接电极层104，用于将感光体103由于接收到热辐射而改变电阻产生的电信号导出，使得集成电路衬底20将该电信号读出或处理。
39.支撑体102还起到散热作用，感光体103吸收红外辐射后需要经由下方的支撑体102将热传动到集成电路衬底20上进行散热，为下一次的温度测量做准备。
40.感光体103是红外热成像传感器中核心部件，可以经过传感器外光学窗口接收来外部环境物体反射来的与热辐射对应的光谱范围内的电磁辐射，例如，波长为3.5微米至14微米的电磁波，感光体103接收到热辐射后产生变化的电阻，将热辐射信号转化为电信号形式。
41.感光体103可以是对热辐射敏感的热敏材料，具体可以为氧化钒、氧化钛、硅、铁电材料、石墨烯、碲镉汞或其中的组合。对应地，红外热成像传感器器可以对应是氧化钒传感器、氧化钛传感器或者非晶硅传感器，红外探测器还可以是热电堆传感器。
42.感光体103呈立体结构，具体地，感光体103可以为圆柱体或长方体。
43.感光体103纵截面视图的最大宽度可设置为为1微米至10微米之间，根据采集热辐射对应电磁波的波长范围，高度可设置为波长的四分之一，以起到增透特性，减少热辐射反射造成的能量损失，使感光体103尽可能多地接收热辐射，以提高传感器的红外传感性能。
44.电极层104为感光体103和支撑体102提供电连接，电极层104与感光体103的接触点可以位于感光体103表面的任意位置，典型地，电极层104与感光体103的接触点可以位于感光体103的下表面。应当说明的是，本技术对实施例中提供视杆细胞型红外热成像像元中的电极层的形状不做限定。
45.电极层104与支撑体102的接触点可以位于支撑体102的上表面或侧面，通过为感光体103和支撑体102提供电连接，使得多个支撑体102分别传输电信号的正负信号至集成电路衬底20，集成电路衬底20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。
46.钝化膜105覆盖在感光体103的外表面，起到对感光体的保护作用，避免随工作时间推移而造成被氧化或腐蚀的现象。钝化膜105还包裹住电极层104，使电极层104不裸露出表面，电极层104位于钝化膜105内对感光层和支撑体102提供电连接。钝化膜105的材料可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或非晶碳中的一种或几种材料的组合。
47.入射光从感光体103的顶部入射，穿透感光体顶部的钝化膜105被感光体103吸收，
由于感光体103的材料对热辐射敏感，产生了变化的电阻，将热辐射转化为电信化，通过电极层104经由支撑体102将电信号传输到集成电路衬底20，集成电路衬底20中的各部分电路对电信号进行读出、转化和处理，形成红外图像像素。
48.在一些情况下，参考图6，部分入射的热辐射由于具有较为极限的入射角度而难以被感光体接收，为了提高热辐射吸收率，提高红外传感性能，在一些实施方式中，像元中感光体103上表面的钝化膜105设置有超表面结构。
49.图7是本技术实施例提供的另一种视杆细胞型红外热成像像元截面图。
50.图8是本技术实施例提供的钝化膜超表面结构示意图。
51.参考图7和图8，感光体103上表面的钝化膜105设置有超表面结构106，超表面结构106可以是微型圆柱体阵列结构，圆柱体顶部可以为平面或弧面，还可以是菲涅尔透镜结构，也可是与之类似的多级阶梯状浮雕结构或连续浮雕结构结构，在俯视图上呈现同心环带结构。超表面结构106的材料可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或非晶碳中的一种或几种材料的组合。
52.感光体103上表面的钝化膜105设置有超表面结构106的目的是相较于没有超表面结构的像元，包含超表面结构106的像元可以接收到更多的热辐射，具有更高的热辐射吸收率，因此传感器具备更灵敏的传感性能。
53.应当说明的是，本技术对超表面结构106的具体形状和物理结构不做限定，凡是起到相同作用的超表面结构均应视为简单修改、等同变化及修饰，均应落入本发明技术方案保护的范围内。
54.在一些实施方式中，像元10还可以包括抗反射膜。
55.图9是本技术实施例提供的另一种视杆细胞型红外热成像像元截面图。
56.参考图9，感光体103顶部覆盖有一层抗反射膜107，抗反射膜107位于顶部钝化膜感光体103顶部之间。抗反射膜107用于增加顶部入射的热辐射透过率，使更多入射的热辐射进入感光体103被其吸收，减少入射的热辐射在感光体103上表面的反射，使像元可以接收到更多的热辐射，具有更高的热辐射吸收率，因此传感器具备更灵敏的传感性能。
57.本技术提供的视杆细胞型红外热成像传感器可以安装在具有图像感测功能和/或光感测功能的电子设备中。例如，该设备可以安装在例如智能手机、相机、物联网(iot)设备、平板个人计算机(pc)、个人数字助理(pda)、便携式多媒体播放器(pmp)、导航设备、无人机和高级驾驶员辅助系统(adas)等的电子设备中。另外，该设备可以提供作为交通工具、家具、制造设备、各种测量设备等中的元件。
58.以上所述仅是本发明的优选实施方式，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何的简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。