一种平面图像传感器的制作方法

1.本发明涉及图像传感器技术领域，特别是涉及一种平面图像传感器。


背景技术：

2.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。
3.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。
4.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。


技术实现要素：

5.本发明提供一种新型的平面传感器，通过增加翼状吸收层，增大入射能量的吸收面积，提高吸收效率。在翼状吸收层的下面设置4个支撑柱，支撑翼状吸收层于微桥之上。4个支撑柱的结构能够提高牺牲层的释放效率。
6.本发明的一种平面图像传感器，所述像元阵列中每个像元包括翼状吸收层、4个支撑柱、2个连接梁和微桥，所述衬底包括读出电路，所述微桥与所述读出电路连接，所述4个支撑柱底面设置于所述微桥上，所述4个支撑柱顶面与所述翼状吸收层连接，所述2个连接梁设置于所述翼状吸收成层上本发明的一种平面图像传感器，所述翼状吸收层表面设置波浪起伏形状。
7.本发明的一种平面图像传感器，所述翼状吸收层表面设置为波浪起伏形状。
8.本发明的一种平面图像传感器，所述翼状吸收成层包括第一翼叶和第二翼叶，所述第一翼叶与第二翼叶之间间隔缝隙相对，所述2个连接梁包括第一连接梁和第二连接梁，所述第一连接梁和所述第二连接梁设置于所述缝隙的两端，所述第一连接梁一端与所述第
一翼叶连接，所述第一连接梁另一端与所述第二连接梁连接，所述第二连接梁一端与所述第一翼叶连接，所述第二连接梁另一端与所述第二翼叶连接。
9.本发明的一种平面图像传感器，所述4个支撑柱均为椭圆柱，圆柱或者方形柱。
10.本发明的一种平面图像传感器，4个所述支撑柱包括第一支撑柱、第二支撑柱、第三支撑柱和第四支撑柱，所述第一支撑柱与所述第二支撑柱分别与所述第一翼叶缝隙相对边的两端固定连接，所述第三支撑柱与所述第四支撑柱分别于所述第二翼叶缝隙相对边的两端固定连接。
11.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：
12.1、本发明在微桥上面增加了吸收层，吸收层是翼状吸收层，并且翼状吸收层的表面设置为波浪起伏状态，增大了入射能量的吸收面积，提高了吸收效率。
13.2、本发明翼状吸收层下面设置4个支撑柱，4个支撑柱起到支撑翼状吸收层，将翼状吸收层吸收的入射能量热传导于微桥的作用，热传导更均匀。
14.3、本发明4个支撑柱，支撑在翼状吸收层的四个对称均匀的点上，因此4个支撑柱对称均匀分布在微桥上，平衡了支撑力。4个支撑柱相互之间的缝隙，作为释放通道，能够提高牺牲层的释放效率。
附图说明
15.图1为本发明现有技术中像元结构示意图；
16.图2本发明增加吸收层的部分结构的结构示意图；
17.图3本发明增加了吸收层的结构示意图；
18.图4本发明增加了吸收层的侧面立体结构示意图；
19.图5本发明像元排列成像元阵列的结构示意图。
20.图号说明
[0021]1…
桥墩
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ2…
桥臂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ3…
桥面
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ4…
接触电机孔
[0022]5…
第一支撑柱
ꢀꢀ6…
第一翼叶
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ7…
接梁a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ8…
衬底
[0023]9…
第二支撑柱
ꢀꢀ
10
…
第三支撑柱
ꢀꢀꢀꢀ
11
…
第四支撑柱
ꢀꢀꢀꢀꢀ
12
…
第二翼叶
具体实施方式
[0024]
下面结合附图的图1至图5对本发明的一种平面图像传感器作进一步详细说明。
[0025]
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。
[0026]
本发明的一种平面图像传感器，包括像元阵列和衬底，所述像元阵列中每个像元包括翼状吸收层、4个支撑柱、2个连接梁和微桥，所述衬底包括读出电路，所述微桥与所述读出电路连接，所述4个支撑柱底面设置于所述微桥上，所述4个支撑柱顶面与所述翼状吸收层连接，所述2个连接梁设置于所述翼状吸收成层上。现有技术中，如图1所示，衬底8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。现对于现有技术，本发明中，在微桥的上面设置吸收层，如图2、图3和图4所示，所述像元包括翼状吸收层、4个支撑柱、2个连接梁和微桥，4个所述支撑柱底面设置于所述微桥上，4个所述支撑柱顶面与所述翼状吸收层连接，2个所述连接梁设置于所述翼状吸收成层上。设置于微桥上的所述翼状吸收层增大电磁波的吸收面积。4个支撑柱底面设置于所述微桥上，4个所述支撑柱顶面与所述翼状吸收层连接，此结构由于4个所述支撑柱支撑在所述翼状吸收层的四个均匀对称的点上，支撑点更加均衡，支撑更加平稳。并且吸收层吸收的热量通过4个支撑柱热传导到桥面与1根支撑柱热传导相比更加的均匀。4个支撑柱均匀对称分布于微桥上，相互之间构成的缝隙，能够提供给牺牲层释放的通道，利于释放气的进入以及牺牲层反应副产物的排出，提高牺牲层的释放效率。
[0027]
本发明的一种平面图像传感器，所述翼状吸收层表面设置为波浪起伏形状。所述翼状吸收层表面呈现波浪起伏形状，同没有起伏形状的翼状表面相比，表面波浪起伏形状增加了翼状吸收层的表面面积，也就是增加了电磁波的吸收面积。
[0028]
本发明的一种平面图像传感器，如图3和图4所示，所述翼状吸收成层包括第一翼叶6和第二翼叶12，所述第一翼叶6与第二翼叶12之间间隔缝隙相对，2个所述连接梁包括第一连接梁7和第二连接梁，所述第一连接梁7和所述第二连接梁设置于所述缝隙的两端，所述第一连接梁7一端与所述第一翼叶6连接，所述第一连接梁6另一端与所述第二连接梁连接，所述第二连接梁一端与所述第一翼叶6连接，所述第二连接梁另一端与所述第二翼叶12连接。此项权利要求限定了翼状吸收层的具体结构。所述第一翼叶6与第二翼叶12之间间隔缝隙相对中的缝隙是牺牲的释放的通道，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。2个所述连接梁包括第一连接梁7和第二连接梁，所述第一连接梁7和所述第二连接梁设置于所述缝隙的两端，所述第一连接梁7一端与所述第一翼叶6连接，所述第一连接梁7另一端与所述第二连接梁连接，所述第二连接梁一端与所述第一翼叶6连接，所述第二连接梁另一端与所述第二翼叶12连接。此结构增加了第一翼叶6和第二翼叶12的稳定性，同时防止第一翼叶6和第二翼叶12因为重力和应力引起的变形。
[0029]
本发明的一种平面图像传感器，4个所述支撑柱为椭圆柱，圆柱或者方形柱。在支撑力相同的条件下，不同形状的支撑座与翼状吸收成接触面积也就不同，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。在本实施例中，如图2、图3和图4所示，支撑座的形状为方形柱。
[0030]
本发明的一种平面图像传感器，如图2和图4所示，4个所述支撑柱包括第一支撑柱5、第二支撑柱9、第三支撑柱10和第四支撑柱11，所述第一支撑柱5与所述第二支撑柱9分别与所述第一翼叶6缝隙相对边的两端固定连接，所述第三支撑柱10与所述第四支撑柱11分别于所述第二翼叶12缝隙相对边的两端固定连接。此项权利要求具体限定了4个支撑柱的具体结构。所述第一支撑柱5与所述第二支撑柱9分别与所述第一翼叶6缝隙相对边的两端固定连接，所述第三支撑柱10与所述第四支撑柱11分别于所述第二翼叶12缝隙相对边的两端固定连接。4个支撑柱的支撑点，具体分布在第一翼叶缝隙相对边的两端，第二翼叶缝隙相对边的两端。相对应4个支撑柱底面，在微桥上与四个均匀对称点对应的位置上的四个点上分布，在翼状吸收层与微桥之间，第一支撑柱5、第二支撑柱9、第三支撑柱10和第四支撑
柱11相互之间形成缝隙间隔，相对于，只有一根支撑柱支撑于翼状吸收层与微桥之间的结构，4根支撑柱之间形成的缝隙提供了牺牲层释放的通道，更加有利于牺牲层的释放气的进入以及反应副产物的释放。并且由于第一支撑柱5、第二支撑柱9、第三支撑柱10和第四支撑柱11的支撑点分布均衡，所以4个支撑柱的结构对于翼状吸收层的支撑更加平稳。并且4个支撑柱均匀分布在微桥上，翼状吸收层吸收红外辐射的热量可以均匀的传导到桥面上。
[0031]
本发明的一种平面图像传感器，包括像元阵列，所述像元阵列采用多个如权利要求1-5任一项所述的像元重复排列组成。本发明的像元构成了像元阵列，增加红外辐射吸收性能。
[0032]
上述仅对本发明中的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作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。