一种红外焦平面探测器.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113447148A(43)申请公布日2021.09.28(21)申请号202110713217.7(22)申请日2021.06.25(71)申请人北京北方高业科技有限公司地址100070北京市丰台区育仁南路1号院4号楼13层1301(72)发明人翟光杰潘辉武佩翟光强(74)专利代理机构北京开阳星知识产权代理有限公司11710代理人安伟(51)Int.Cl.G01J5/24(2006.01)权利要求书4页说明书21页附图13页(54)发明名称一种红外焦平面探测器(57)摘要本公开涉及一种红外焦平面探测器，红外焦平面探测器中CMOS测量电路系统和CMOS红外传感结构均使用CMOS工艺制备，红外焦平面探测器中，第一柱状结构位于反射层与梁结构之间，第二柱状结构位于吸收板与梁结构之间，第一柱状结构和第二柱状结构均为实心柱状结构，红外焦平面探测器还包括超材料结构和/或偏振结构。通过本公开的技术方案，解决了传统MEMS工艺红外焦平面探测器的性能低，像素规模低，良率低以及一致性差的问题，有利于提高红外焦平面探测器的结构稳定性，增加吸收板的面积，提升红外焦平面探测器的红外探测灵敏度，且有利于提高红外焦平面探测器对入射红外电磁波的吸收率，优化红外焦平面探测器的性能，降低红外焦平面探测器光学设计的难度。CN113447148ACN113447148A权利要求书1/4页1.一种红外焦平面探测器，其特征在于，包括：CMOS测量电路系统和CMOS红外传感结构，所述CMOS测量电路系统和所述CMOS红外传感结构均使用CMOS工艺制备，在所述CMOS测量电路系统上直接制备所述CMOS红外传感结构；所述CMOS测量电路系统上方包括至少一层密闭释放隔绝层，所述密闭释放隔绝层用于在制作所述CMOS红外传感结构的释放刻蚀过程中，保护所述CMOS测量电路系统不受工艺影响；所述CMOS红外传感结构的CMOS制作工艺包括金属互连工艺、通孔工艺、IMD工艺以及RDL工艺，所述CMOS红外传感结构包括至少三层金属互连层、至少三层介质层和多个互连通孔，所述金属互连层至少包括反射层和两层电极层，所述介质层至少包括两层牺牲层和一层热敏感介质层；其中，所述热敏感介质层用于将其吸收的红外辐射对应的温度变化转化为电阻变化，进而通过所述CMOS测量电路系统将红外目标信号转化成可实现电读出的信号；所述CMOS红外传感结构包括由所述反射层和所述热敏感介质层构成的谐振腔、控制热传递的悬空微桥结构以及具有电连接和支撑功能的第一柱状结构和第二柱状结构，所述悬空微桥结构包括吸收板和多个梁结构，所述第一柱状结构位于所述反射层和所述梁结构之间，所述梁结构通过所述第一柱状结构与所述CMOS测量电路系统电连接，所述梁结构位于所述吸收板临近或远离所述CMOS测量电路系统的一侧，所述第二柱状结构位于所述吸收板和所述梁结构之间，所述吸收板用于将红外信号转换为电信号并通过所述第二柱状结构和对应的所述梁结构与对应的所述第一柱状结构电连接，所述第一柱状结构和所述第二柱状结构均为实心柱状结构；所述吸收板至少包括第三介质层、第二电极层和第四介质层，所述第二电极层位于所述第三介质层和所述第四介质层之间，所述第三介质层位于所述第二电极层临近所述CMOS测量电路系统的一侧，所述红外焦平面探测器还包括超材料结构和/或偏振结构，所述超材料结构或者所述偏振结构为所述第三介质层临近所述CMOS测量电路系统一侧的至少一层金属互连层，或者所述第四介质层远离所述CMOS测量电路系统一侧的至少一层金属互连层，或者所述第三介质层和所述第四介质层中间的且与所述第二电极层电绝缘的至少一层金属互连层，或者，所述第二电极层作为超材料结构层或者偏振结构层；所述CMOS测量电路系统用于测量和处理一个或多个所述CMOS红外传感结构形成的阵列电阻值，并将红外信号转化为图像电信号；所述CMOS测量电路系统包括偏压产生电路、列级模拟前端电路和行级电路，所述偏压产生电路的输入端连接所述行级电路的输出端，所述列级模拟前端电路的输入端连接所述偏压产生电路的输出端，所述行级电路中包括行级镜像像元和行选开关，所述列级模拟前端电路中包括盲像元；其中，所述行级电路分布在每个像素内并根据时序产生电路的行选通信号选取待处理信号，并在所述偏压产生电路的作用下输出电流信号至所述列级模拟前端电路以进行电流电压转换输出；所述行级电路受所述行选开关控制而被选通时向所述偏压产生电路输出第三偏置电压，所述偏压产生电路根据输入的恒压及所述第三偏置电压输出第一偏置电压和第二偏置电压，所述列级模拟前端电路根据所述第一偏置电压和所述第二偏置电压得到两路电流，并对所产生的两路电流之差进行跨阻放大并作为输出电压输出。2.根据权利要求