[發明專利]一種非制冷調諧型紅外探測器

有效

• 申請號: 202110711252.5
• 申請日: 2021-06-25
• 公開（公告）號: CN113432724B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 翟光杰;武佩;潘輝;翟光強
• 申請（專利權）人: 北京北方高業科技有限公司
• 主分類號: G01J5/24
• 分類號: G01J5/24
• 代理公司: 北京開陽星知識產權代理有限公司 11710
• 代理人: 安偉

1.一種非制冷調諧型紅外探測器，其特征在于，包括：

CMOS測量電路系統和CMOS紅外傳感結構，所述CMOS測量電路系統和所述CMOS紅外傳感結構均使用CMOS工藝制備，在所述CMOS測量電路系統上直接制備所述CMOS紅外傳感結構；

所述CMOS測量電路系統上方包括至少一層密閉釋放隔絕層，所述密閉釋放隔絕層用于在制作所述CMOS紅外傳感結構的釋放刻蝕過程中，保護所述CMOS測量電路系統不受工藝影響；

所述CMOS紅外傳感結構的CMOS制作工藝包括金屬互連工藝、通孔工藝、IMD工藝以及RDL工藝，所述CMOS紅外傳感結構包括至少兩層金屬互連層、至少兩層介質層和多個互連通孔，所述兩層金屬互連層包括反射層和電極層，所述兩層介質層包括一層犧牲層和一層熱敏感介質層；其中，所述熱敏感介質層包括電阻溫度系數大于設定值的熱敏材料，所述熱敏感介質層用于將其吸收的紅外輻射對應的溫度變化轉化為電阻變化，進而通過所述CMOS測量電路系統將紅外目標信號轉化成可實現電讀出的信號；

所述CMOS紅外傳感結構包括由所述反射層和所述熱敏感介質層構成的諧振腔、控制熱傳遞的懸空微橋結構以及具有電連接和支撐功能的柱狀結構，所述懸空微橋結構包括吸收板和多個梁結構，所述柱狀結構采用所述金屬互連工藝和所述通孔工藝連接所述梁結構和所述CMOS測量電路系統；

所述反射層和所述懸空微橋結構之間設置有至少一層圖案化金屬互連層，所述圖案化金屬互連層與所述反射層之間電絕緣，所述圖案化金屬互連層用于調節所述紅外探測器的諧振模式；

所述密閉釋放隔絕層位于所述反射層的金屬互連層的上方，所述密閉釋放隔絕層包覆所述柱狀結構，所述密閉釋放隔絕層用于在進行腐蝕工藝釋放犧牲層時保護所述CMOS測量電路系統不受侵蝕，用于支撐所述柱狀結構并減小所述柱狀結構與外界環境的接觸電阻，用于防止所述柱狀結構發生電擊穿，用于減小所述犧牲層的厚度；所述密閉釋放隔絕層采用的CMOS工藝抗腐蝕材料包括硅、鍺、硅鍺合金、非晶碳、碳化硅、氧化鋁、氮化硅或碳氮化硅中的至少一種；

所述CMOS測量電路系統用于測量和處理一個或多個所述CMOS紅外傳感結構形成的陣列電阻值，并將紅外信號轉化為圖像電信號；所述CMOS測量電路系統包括偏壓產生電路、列級模擬前端電路和行級電路，所述偏壓產生電路的輸入端連接所述行級電路的輸出端，所述列級模擬前端電路的輸入端連接所述偏壓產生電路的輸出端，所述行級電路中包括行級鏡像像元和行選開關，所述列級模擬前端電路中包括盲像元；其中，所述行級電路分布在每個像素內并根據時序產生電路的行選通信號選取待處理信號，并在所述偏壓產生電路的作用下輸出電流信號至所述列級模擬前端電路以進行電流電壓轉換輸出；

所述行級電路受所述行選開關控制而被選通時向所述偏壓產生電路輸出第三偏置電壓，所述偏壓產生電路根據輸入的恒壓及所述第三偏置電壓輸出第一偏置電壓和第二偏置電壓，所述列級模擬前端電路根據所述第一偏置電壓和所述第二偏置電壓得到兩路電流，并對所產生的兩路電流之差進行跨阻放大并作為輸出電壓輸出。

2.根據權利要求1所述的非制冷調諧型紅外探測器，其特征在于，在所述CMOS測量電路系統的金屬互連層上層或者同層制備所述CMOS紅外傳感結構。

3.根據權利要求1所述的非制冷調諧型紅外探測器，其特征在于，所述犧牲層用于使所述CMOS紅外傳感結構形成鏤空結構，構成所述犧牲層的材料是氧化硅，采用post-CMOS工藝腐蝕所述犧牲層。

4.根據權利要求1所述的非制冷調諧型紅外探測器，其特征在于，所述圖案化金屬互連層包括多個陣列排布的金屬重復單元，每個所述金屬重復單元包括兩個對角設置的L型圖案化結構、圓形結構、扇形結構、橢圓形結構、圓環結構、開口環結構或者多邊形結構中的至少一種。

5.根據權利要求1所述的非制冷調諧型紅外探測器，其特征在于，所述圖案化金屬互連層包括多個陣列排布的圖案化鏤空結構，所述圖案化鏤空結構包括圓形鏤空結構、開口環狀鏤空結構或者多邊形鏤空結構中的至少一種。