本发明专利技术提供一种用于MEMS图像传感器的新型伞式结构像元和像元阵列，所述像元包括制作有读出电路的衬底（110）、固定于衬底上并与读出电路电连接的微桥（120），所述微桥能够将电磁波辐射信号转换成电信号，还包括具有褶皱形貌的伞式电磁波吸收层（130），以能够热传递的方式固定在微桥（120）上。本发明专利技术在平面状的电磁波吸收材料上创新性的加入具有褶皱形貌的伞式电磁波吸收装置，扩大电磁波吸收面积的同时也不会对入射角度产生限制，有效提高像元的响应速率，使12um、14um像元达到17um、20um像元的接收效果，将多个像元组成的阵列制作成MEMS图像传感器则显著提高产品的信噪比、灵敏度等特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及MEMS图像传感器
，特别涉及一种用于MEMS图像传感器新型伞式结构像元和像元阵列。
技术介绍
非制冷的红外热成像传感器和THz成像传感器具备不可替代的应用功能，市场前景较好，且具有价格低、体积小、功耗低、可靠高、操作方便等优点。随着微电子和微机械加工MEMS技术的逐步发展，非制冷红外热成像传感器和THz成像传感器的这些优势被进一步强化，成为高科技
发展的热点之一。在现有技术中，MEMS红外热成像传感器的像元10的结构如图1所示，包括硅材料11、二氧化硅衬底12、金属电极13、钛金属支架14，图示15为热吸收材料氮化硅组成的微桥结构，在微桥结构15中间夹附一层热敏感薄膜16，例如可以是铁电-热电薄膜或者热敏电阻薄膜。在红外热辐射下，铁电、热电薄膜中由于铁电-热电效应导致薄膜表面电荷发生变化，而热敏电阻薄膜则由于温度-电阻效应引起薄膜电阻的变化，上述变化从由金属支架和金属电极组成的电学通道传递给读出电路，从而检测出电流或电阻的变化，最终实现对红外辐射的探测，从而成像。为了进一步提高非制冷红外热成像传感器以及其他MEMS图像传感器的信噪比、灵敏度等性能，我们可以从寻找更高热吸收系数的热吸收材料和更高电阻温度系数的热敏感薄膜材料等角度出发。也有公司尝试从结构出发来增大MEMS像元结构的吸收面积，改善热吸收性能，例如在CN103728029A专利文件中尝试改变桥墩的高度，减小桥墩占用面积，提高器件单元的有效面积，但其技术方案对吸收材料在某些角度上的入射电磁波的吸收存在局限性，从而造成某些方向上入射电磁波的浪费，不能满足市场对高性能MEMS图像传感器的需求。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术从结构出发，提供一种用于MEMS图像传感器的新型伞式结构像元，能够显著提高电磁波吸收率且不存在入射角度的限制。本专利技术采用的技术方案为:一种用于MEMS图像传感器的新型伞式结构像元，包括制作有读出电路的衬底、固定于衬底上并与读出电路电连接的微桥，所述微桥能够将电磁波辐射信号转换成电信号，还包括用于扩大电磁波吸收面积的伞式电磁波吸收层，以热传递的方式固定在微桥上。优选地，所述伞式电磁波吸收层具有褶皱形貌且中间开孔，通过孔周向下延伸的壁固定在微桥上，与微桥保持热传递。优选地，所述伞式电磁波吸收层采用氮化硅制作而成。优选地，所述MEMS图像传感器是红外热成像传感器，所述微桥包括用于支撑微桥的桥墩、设置在桥墩上的由热敏感薄膜材料制成的桥面、与桥面电连接的电极以及电磁波吸收材料制成的桥面盖，所述电极能够将桥面上发生的电流或电阻变化传递至衬底上的读出电路。优选地，在所述衬底上制作有反射层，所述热敏感薄膜材料制作的桥面与反射层之间形成谐振腔，其高度为2~3 μπι。优选地，所述桥面采用的热敏感薄膜材料是铁电-热电或者热敏电阻薄膜。优选地，所述热敏电阻薄膜为金属铌或铌基铁电材料薄膜与氧化钒薄膜复合而成的铁电氧化钒双层复合薄膜。本专利技术的另一目的是提供一种用于MEMS图像传感器新型伞式结构像元阵列，其技术方案是:采用一个或多个如上所述的新型伞式结构像元在二维平面上重复排列组成。优选地，所述读出电路是ASIC集成电路，用于控制像元阵列采集信号并且将采集到的信号进行数据运算、分析、控制、输出。优选地，所述ASIC集成电路包括具有控制、计算、分析功能的中央处理器CPU或微处理器MCU ;配合CPU或MCU进行数字信号处理的数字信号处理电路DSP ;接收CPU或MCU信号控制并向MEMS传感平台传输控制信号的数模混合电路A/D以及接收数模混合电路A/D指令并向像元阵列发送动作指令的前端处理电路AFE。与现有技术相比，本专利技术存在以下技术效果: I)本专利技术在现有技术中平面状的电磁波吸收材料上创新性的加入具有褶皱形貌的伞式电磁波吸收层装置，扩大电磁波吸收面积的同时也不会对入射角度产生限制，有效提高像元的响应速率，使12um、14um像素达到17um、20um像元的接收效果，将多个像元组成的阵列制作成MEMS图像传感器则显著提高产品的信噪比、灵敏度等特性。2)在伞式结构像元阵列的衬底上利用CMOS工艺制成ASIC集成电路，将控制、通讯、传感、分析功能集成在一个MEMS图像传感器的芯片内部，实现自我闭环，解决信号不稳定、可靠性及精度不高的问题，全面提升传感器产品性能并有效降低产品体积和制造成本，功耗也随之降低。【附图说明】图1是现有技术结构示意图； 图2是本专利技术伞式结构像元的立体结构示意图； 图3是本专利技术伞式结构像元的俯视图； 图4是本专利技术伞式结构像元沿图3中A-A方向的局部剖视示意图； 图5是本专利技术伞式结构像元爆炸图； 图6是本专利技术伞式结构像元侧视图； 图7是本专利技术伞式结构像元阵列侧视图； 图8是本专利技术伞式结构像元阵列立体图； 图9是本专利技术红外热成像传感器的工作原理。【具体实施方式】以下结合附图对本专利技术作进一步描述。参见图2至图6，为本专利技术伞式结构像元100的结构示意图，主要由三层结构组成。其中，第一层结构为衬底110，所述衬底可以是硅或二氧化硅，其上制作有读出电路。第二层结构为固定于衬底110上的微桥120，所述微桥与衬底上的读出电路电连接，能够将电磁波辐射信号转换成电信号传递至读出电路中。对于MEMS红外热成像传感器来说，所述微桥120包括:用于支撑微桥的桥墩121 ;设置在桥墩上的由热敏感薄膜材料制成的桥面122 ;与桥面电连接的电极123以及电磁波吸收材料制成的桥面盖124，所述电极123能够将桥面122上发生的电流或电阻变化传递至衬底上的读出电路。采用桥式结构并且在衬底上制作反射层，则所述热敏感薄膜材料制作的桥面与衬底上反射层之间即形成谐振腔，从而提高红外吸收效率，谐振腔的高度L设置成2~3 μ m，例如可以是2.35 μ mo所述桥面采用的热敏感薄膜材料可以是铁电-热电或者热敏电阻薄膜。进一步地，所述热敏电阻薄膜可以采用金属铌或铌基铁电材料薄膜与氧化钒薄膜复合而成的铁电氧化钒双层复合薄膜，利用金属铌或铌基铁电材料不为人知的热吸收性能提高氧化钒薄膜的电阻温度系数。所述微桥结构边缘设计成细长的微悬臂梁结构以提高绝热性能，从而提高像元的响应率和灵敏度。本专利技术的关键在于:第三层结构，为用于扩大当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于MEMS图像传感器的新型伞式结构像元，包括制作有读出电路的衬底（110）、固定于衬底上并与读出电路电连接的微桥（120），所述微桥能够将电磁波辐射信号转换成电信号，其特征在于：还包括用于扩大电磁波吸收面积的伞式电磁波吸收层（130），以热传递的方式固定在微桥上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵照，
申请(专利权)人：合肥芯福传感器技术有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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