红外探测像元结构及其制备方法、混合成像器件技术

本发明专利技术提供了一种红外探测像元结构及其制备方法、以及混合成像器件，利用梳状结构的上极板和下极板来形成电容结构，并且上电极结构的一端不固定，这样，当上电极结构中的红外敏感结构吸收红外光产生热应力，将导致变形，使得上极板和下极板之间的电容发生变化，实现红外探测，提高了器件的灵敏度；并且，红外探测像元结构应用于红外光可见光混合成像器件中，可以实现同一硅衬底上的可见和红外两部分成像，提高了成像质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，具体涉及红外探测像元结构及其制备方法，以及一种混合成像器件。
技术介绍
随着成像监控系统在日常生活中的广泛应用，单以300nm-900nm的可见光波段成像的监控系统越来越无法满足夜间或高动态变化等环境的监控要求，越来越多的应用需要在可见光波段之外尤其是长波波段(包括红外、THZ等波段的信号)的光信号进行成像；现有技术中，采用两颗不同波段的成像芯片和两套光路来分别实现可见光成像和长波波段信号成像，在通过计算机算法处理合成在一起，由于光路的不一致以及单个成像单元的对应误差，会造成合成图像产生较大的偏差，严重影响成像质量和监控效果；此外，由于这种成像器件灵敏度低，进一步导致成像质量下降。
技术实现思路
为了克服以上问题，本专利技术旨在提供了一种红外探测像元结构及其制备方法，采用可变型电容结构来提高器件的灵敏度和成像质量；同时本专利技术还提供了一种可见光红外光混合成像器件，采用上述红外探测像元结构，同时将可见光和红外光探测集成于同一个硅衬底中，提高了混合成像质量。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种红外探测像元结构，设置在一硅衬底上，其包括：位于硅衬底中的下电极结构，下电极结构具有第一方向排列的下极板以及将多个下极板相连接的第二方向排布的下连接体；位于下电极结构上方的上电极结构，上电极结构具有与下电极结构相间的第一方向排列的上极板以及将多个上极板相连接的第二方向排布的上连接体；上连接体的一端固定，上连接体的非固定端相对于所述固定端可作相对运动；在上连接体表面具有红外敏感结构，红外敏感结构用于吸收入射的红外光并且产生热变形，从而非连接端相对于连接端做相对移动，使得上极板相对于下极板产生相对位移，上极板和下极板产生电容信号发生变化，从而实现红外探测。优选地，下连接体连接下电极结构的引出极；上连接体具有连接端与上电极结构的引出极相连接，上连接体的非连接端不固定，使得非连接端相对于连接端可相对运动；所述上连接体通过一压敏电阻结构与上电极结构的引出极相连接。优选地，所述压敏电阻结构为平面内的曲折迂回结构。优选地，还包括悬臂梁结构；所述压敏电阻的一端与所述上连接体的连接端相连接，所述压敏电阻结构的另一端与所述悬臂梁结构的一端相连接，所述悬臂梁结构的另一端与所述上电极结构的引出极相连接。优选地，所述悬臂梁结构为平面内的L型。优选地，所述红外敏感结构的材料为内部具有微应力的材料；在升温或降温的过程中微应力变大导致所述红外敏感结构发生形变，从而带动上连接体相对于连接端产生相对位移，使得上极板相对于下极板产生相对位移。优选地，所述下连接体与每个下极板的底部相连接，从而使相邻下极板和底部的下连接体之间构成沟槽，每个上极板插入沟槽内，上极板、所述沟槽两侧的下极板、以及所述沟槽内的气体构成双电容结构。优选地，上极板相对于下极板产生相对位移时所述下极板相对于所述上极板的距离减小的一侧的侧壁表面具有介电层。为了达到上述目的，本专利技术还提供了一种混合成像器件，在同一硅衬底的上表面和下表面分别设置有上述的红外探测像元结构以及位于所述红外探测像元结构上方的可见光探测像元结构。为了达到上述目的，本专利技术还提供了一种上述的红外探测像元结构的制备方法，包括：步骤01：在一硅衬底中形成下电极区域；步骤02：在下电极区域中刻蚀出多个沟槽，沟槽侧壁的下电极区域形成下极板，沟槽底部的下电极区域形成下连接体；步骤03：在完成步骤02的衬底上形成牺牲层；步骤04：在沟槽内的牺牲层中形成所述上极板，然后，在牺牲层表面形成与上极板相连的上连接体；步骤05：在所述上连接体表面形成所述红外敏感结构；步骤06：经释放工艺，去除所述牺牲层。本专利技术的红外探测像元结构，利用梳状结构的上极板和下极板来形成电容结构，并且上电极结构的一端不固定，这样，当上电极结构中的红外敏感结构吸收红外光产生热应力，将导致变形，使得上极板和下极板之间的电容发生变化，实现红外探测，提高了器件的灵敏度；并且，红外探测像元结构应用于红外光可见光混合成像器件中，可以实现同一硅衬底上的可见和红外两部分成像，提高了成像质量。附图说明图1为本专利技术的一个较佳实施例的红外探测像元结构的俯视示意图图2为图1的红外探测像元结构的主视剖面示意图图3为图2的红外探测像元结构中上电容结构产生相对移动时的示意图图4为图2的红外探测像元结构构成的混合成像器件的结构示意图图5为本专利技术的一个较佳实施例的红外探测像元结构的制备方法的流程示意图图6～16为本专利技术的一个较佳实施例的红外探测像元结构的制备方法的各制备步骤示意图具体实施方式为使本专利技术的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本专利技术的内容作进一步说明。当然本专利技术并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本专利技术的保护范围内。本专利技术的红外探测像元结构，利用一端固定且另一端不固定的上电极结构以及下电极结构，上电极结构的上极板与下电极结构的下极板相间排布，在上电极结构上具有红外敏感结构，利用红外敏感结构吸收红外光并且产生热致变形来导致上电极结构相对于下电极结构产生相对位移，从而使上极板和下极板产生的电容信号发生变化，实现红外探测。以下结合附图1-16和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。请参阅图1-2，本实施例中，红外探测像元结构，设置在一硅衬底100上，其包括：位于硅衬底100中的下电极结构，下电极结构具有第一方向排列的下极板106a以及将多个下极板106a相连接的第二方向排布的下连接体106b；下连接体106b连接下电极结构的引出极(本实施例中为通孔105+焊盘108b)；本实施例中，下连接体106b与下电极结构的引出极(本实施利中为通孔105+焊盘108b)相连接的下连接端106b1的高度高于下连接体106b水平方向部分的高度，下电极结构的引出极为通孔105和焊盘108b构成，通孔105穿透下连接端106b1，通孔105顶部与一焊盘108b相连接，焊盘108b直接与下连接端106b1接触。位于下电极结构上方的上电极结构，上电极结构具有与下电极结构相间的第一方向排列的上极板110a以及将多个上极板110a相连接的第二方向排布的上连接体110b；上连接体110b具有连接端110c与上电极结构的引出极相连接，上连接体110b的非连接端不固定，使的非连接端相对于连接端可相对移动；上连接体可以为长方形结构，这里，上连接体110b通过一压敏电阻结构112与上电极结构的引出极相连接；压敏电阻结构112为平面内的曲折迂回结构，即蛇形结构，这样可以增大压敏电阻的电阻率；压敏电阻结构112的一端与上连接体110b的连接端110c相连接，例如可以利用金属连线相连，压敏电阻结构112的另一端与一悬臂梁结构116的一端相连接，这样构成电容电阻结构，从而输出RC信号，悬臂梁结构116的另一端与上电极结构的引出极相连接，悬臂梁结构在平面内呈L型，如图1所示；本实施例中，上电极结构的引出极采用一通孔108和一焊盘108a构成，焊盘108a与悬臂梁结构116相连接，通孔108与焊盘108a相连接，通孔108穿入硅衬底100中，焊盘108a与硅衬底100表面具有至少一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红外探测像元结构，设置在一硅衬底上，其特征在于，包括：位于硅衬底中的下电极结构，下电极结构具有第一方向排列的下极板以及将多个下极板相连接的第二方向排布的下连接体；位于下电极结构上方的上电极结构，上电极结构具有与下电极结构相间的第一方向排列的上极板以及将多个上极板相连接的第二方向排布的上连接体；上连接体的一端固定，上连接体的非固定端相对于所述固定端可作相对运动；在上连接体表面具有红外敏感结构，红外敏感结构用于吸收入射的红外光并且产生热变形，从而非连接端相对于连接端做相对移动，使得上极板相对于下极板产生相对位移，上极板和下极板产生电容信号发生变化，从而实现红外探测。

【技术特征摘要】
1.一种红外探测像元结构，设置在一硅衬底上，其特征在于，包括：位于硅衬底中的下电极结构，下电极结构具有第一方向排列的下极板以及将多个下极板相连接的第二方向排布的下连接体；位于下电极结构上方的上电极结构，上电极结构具有与下电极结构相间的第一方向排列的上极板以及将多个上极板相连接的第二方向排布的上连接体；上连接体的一端固定，上连接体的非固定端相对于所述固定端可作相对运动；在上连接体表面具有红外敏感结构，红外敏感结构用于吸收入射的红外光并且产生热变形，从而非连接端相对于连接端做相对移动，使得上极板相对于下极板产生相对位移，上极板和下极板产生电容信号发生变化，从而实现红外探测。2.根据权利要求1所述的红外探测像元结构，其特征在于，下连接体连接下电极结构的引出极；上连接体具有连接端与上电极结构的引出极相连接，上连接体的非连接端不固定，使得非连接端相对于连接端可相对运动；所述上连接体通过一压敏电阻结构与上电极结构的引出极相连接。3.根据权利要求2所述的红外探测像元结构，其特征在于，所述压敏电阻结构为平面内的曲折迂回结构。4.根据权利要求2所述的红外探测像元结构，其特征在于，还包括悬臂梁结构；所述压敏电阻的一端与所述上连接体的连接端相连接，所述压敏电阻结构的另一端与所述悬臂梁结构的一端相连接，所述悬臂梁结构的另一端与所述上电极结构的引出极相连接。5.根据权利要求4所述的红外探测像元结构，其特征在于，所述悬臂梁结构为平面内的...

【专利技术属性】
技术研发人员：康晓旭，陈寿面，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31