[发明专利]一种非制冷红外图像传感器芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于红外图像传感器的制备技术，具体涉及一种非制冷红外图像传感器芯片及其制备方法。

背景技术

利用任何物体都有红外辐射的特点，通过对温度变化的探测，可以实现对红外的检测。进一步，利用由红外敏感单元构成的红外图像传感器为核心器件的红外成像系统可以实现对物体的红外成像。非制冷红外焦平面阵列图像传感器是一种红外成像的核心器件。与制冷型红外成像技术相比，非制冷红外图像传感器具有体积、功耗、成本等一系列优势。但在灵敏度和分辨率方面还存在差距。

目前常见的非制冷红外焦平面阵列图像传感器芯片采用的红外敏感像素单元有热应变镜面、红外应变电容、PN结电压取样等方式。热应变反射镜式图像传感器像素单元需要与可见光源和CCD摄像机配合使用，系统体积比较大，可见光照射带来的非红外能量会影响传感器灵敏度。而且，工作时成像阵列芯片的一面要敏感红外辐射，另一面要通过反射可见光形成信号输出。为获得足够高的灵敏度需要将大量单元制备在一个大面积悬浮膜片上，工艺复杂，成品率很难保证；而且由于缺少散热途径，传感器的时间响应比较差，像素间串扰比较严重。红外应变电容阵列取样红外传感器可以直接读出电信号，但受像素尺寸限制，每个电容单元的面积比较小，电容变化量也相应较小，使传感器灵敏度受到限制。单元阵列间引线的分布电容也会带来噪声，降低图像传感器的灵敏度。采用PN结电压的温度特性作为红外传感器的敏感单元具有信号处理相对简单的特点，这种传感器单元通常采用多个PN结串联方式来获得比较高灵敏度。对PN结电压进行采样的偏置电流会使传感器单元和引线温度升高，降低红外图像传感器的灵敏度。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供了一种采用红外敏感谐振体作为红外敏感像素单元的非制冷红外图像传感器芯片。

本发明的技术方案是：

一种非制冷红外图像传感器芯片，包括一传感器基片，在所述传感器基片上集成若干个红外敏感像素单元阵列，其特征在于，每个红外敏感像素单元包括一组弹性悬挂梁和一红外敏感谐振体，所述弹性悬挂梁通过锚点固定在传感器基片上，红外敏感谐振体与上述弹性悬挂梁相连，所述红外敏感谐振体包括一谐振膜片和一激振电极，在所述谐振膜片上局部设置一与谐振膜片的热膨胀系数不同的材料层。

所述谐振膜片可为一氮化硅或多晶硅片，在所述氮化硅或多晶硅片的周边设置若干条开口，使氮化硅或多晶硅片的边缘部分作为弹性悬挂梁，上述弹性悬挂梁由四个锚点固定在传感器基片上。

在所述氮化硅或多晶硅片上镀有一图形化的金属层。其中，在所述氮化硅或多晶硅片的居中位置处设置十字型开口，所述图形化的金属层为矩形框状，该矩形框金属层设置在上述十字型开口的周围。

或，所述图形化的金属层为十字型，其位于氮化硅或多晶硅片的中央，与氮化硅或多晶硅片的对角线相吻合。

所述激振电极由谐振膜片下表面的驱动电极和与之对应的传感器基片上表面的驱动电极组成。

一种非制冷红外图像传感器芯片的制备方法，其步骤包括：

1)选择单晶硅或石英为传感器基片；

2)物理气相淀积制备红外敏感像素单元的阵列引线；

3)低压化学汽相淀积制备牺牲层，制备红外敏感谐振体的激振电极；

4)等离子增强化学气相淀积氮化硅，制备红外敏感谐振体的谐振膜片和弹性悬挂梁；

5)物理气相淀积PVD和光刻，形成谐振膜片上的金属图形；

6)结构释放，制得非制冷红外图像传感器芯片。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明非制冷红外图像传感器芯片的像素单元采用红外敏感谐振体，其优势在于：

1、红外敏感谐振体中没有热应变芯片结构中的大面积镂空悬浮薄膜结构、没有电容式芯片结构中的小间隙大面积结构，工艺方法合理难度比较低，易于获得较高成品率。

2、采用硅MEMS工艺，易于实行单元的同步复制构成阵列结构形成红外图像传感器。