[发明专利]微桥结构红外探测器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于微机电技术领域，具体涉及一种多层的微桥结构红外探测器及其制造方法。

背景技术

现有技术中的红外探测器是采用在CMOS电路上集成MEMS微桥结构，利用敏感材料探测层（通常为非晶硅或氧化钒）吸收红外线且将其转化成电信号，据此来实现热成像功能。当前红外探测器的主要发展方向为减小像元结构尺寸并增大阵列尺寸，改善探测器的图像分辨率，扩大红外探测器的应用范围， 其MEMS制造工艺的水平已成为制约产品性能的主要因素。红外探测器的微桥结构从早期的100*100微米缩小到现今的17*17微米像元结构。小的像元结构可以减小薄膜的应力不匹配并增强探测器的灵敏度和分辨率；另外，对于相同的阵列规模，小的像元结构意味着更小的探测器及镜头尺寸，从而可以缩小红外热像仪系统的重量和尺寸，增加红外热像仪的便携性。

附图1所示是现有技术中一种典型的单层微桥结构示意图，包括衬底10，衬底10表面的红外反射层11、桥面12设置在所述红外反射层11的表面，并通过与桥腿13通过介质层16横向支撑形成谐振腔14，红外吸收层15设置于所述桥面12内部。单层微桥的优点在于结构简单，易于制造，但缺点是桥腿13和桥面12处于同一平面，在像元微桥面积一定的情况下，增加像元桥腿长度提高热阻时必然降低微桥有效红外吸收面积，从而难以在降低器件热导的同时提高红外光吸收率。特别是随着像元尺寸逐渐减少，小尺寸探测器像元设计空间越来越局限，其结构缺陷越来越显著，限制了器件性能的进一步提高。

双层微桥结构的设计是为解决传统单牺牲层微桥结构中像元红外光吸收有效面积与器件热导之间的矛盾而提出的。附图2所示是现有技术中一种典型的双层微桥结构示意图，包括衬底20，衬底20表面的红外反射层21、桥面22设置在所述红外反射层21的表面，并通过与桥腿23纵向支撑形成谐振腔24，红外吸收层25设置于所述桥面22内部。双层结构设计的重点是将红外反射层21与热绝缘的桥腿23所在平面完全分开，使其不再相互影响，但这种结构也存在缺陷，即大面积红外吸收层25与红外反射层21所形成的谐振腔24中夹有桥腿23，桥腿23会影响红外入射光波的谐振效果，降低红外吸收效率。

故，提出一种具有高吸收效率的微桥结构，是现有技术亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有高吸收效率的微桥结构红外探测器及其制造方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种微桥结构红外探测器，包括：衬底，所述衬底的上表面设置有电极；桥腿，所述桥腿采用导电材料制成，所述桥腿支撑设置于所述衬底上方，支撑点位于所述衬底上表面的电极处，从而与所述电极电学连接；热敏感层，所述热敏感层设置于所述桥腿上方，并通过设置在所述热敏感层通孔中的电连接支架支撑设置于所述桥腿的表面，所述电连接支架用于所述热敏感层与所述桥腿进而与所述电极的电学连接；红外反射层，所述红外反射层设置于所述桥腿与所述热敏感层之间，并通过介质层与所述热敏感层悬空部分的下表面贴合；红外吸收层，所述红外吸收层支撑设置于所述热敏感层的表面，吸收入射红外光，转化成热量传导至所述敏感层，所述红外吸收层进一步与所述红外反射层形成针对入射红外光的谐振腔。

可选的，所述桥腿的本体部分处于一与衬底平行的第一平面内，并通过自弯折形成的支架支撑设置于所述电极的表面。

可选的，所述热敏感层和电连接支架的本体部分处于一与衬底平行第二平面内，所述电连接支架进一步通过自弯折形成的支架支撑设置于所述桥腿的表面。

可选的，所述红外吸收层的本体部分处于一与衬底平行第三平面内，并通过自弯折形成的支架支撑设置于所述热敏感层的表面。

可选的，所述衬底、桥腿、热敏感层以及红外吸收层的表面进一步具有覆盖层。

可选的，所述桥腿的材料选自于钛、氮化钛和钽中的任意一种。

可选的，所述热敏感层的材料选自于非晶硅和氧化钒中的任意一种。

可选的，所述电连接支架的材料选自于钛、钽、镍、铬、氮化钛、以及镍铬合金中的任意一种。

可选的，所述红外反射层的材料选自于铝、银和金中的任意一种。

可选的，所述红外吸收层的材料选自于氮化钛和镍铬合金中的任意一种。