[发明专利]一种驱动桥臂型微桥结构

说明书

本发明公开了一种驱动桥臂型微桥结构，通过引入驱动桥臂结构，对驱动桥臂施加电压产生焦耳热，利用桥臂材料的热膨胀效应使得桥臂运动，由于形成桥臂材料的热膨胀系数不同，在温度升高后，桥臂能向一侧弯曲，从而可将桥面整体抬高，更好地发挥谐振腔高度对吸收率的影响。并且，因为桥臂可将桥面抬高至理想高度，桥腿可设计成无高度或低高度的结构，避免了高桥腿在沉积刻蚀工艺所产生的影响，使微桥结构通过桥腿与衬底的读出电路形成良好的电连接，避免了桥腿接触不良的风险。

技术领域

本发明属于非制冷红外探测器领域，具体涉及一种非制冷红外探测器焦平面阵列的新型微桥结构。

背景技术

目前基于氧化钒的非制冷焦平面红外探测器已经成为红外探测方面最为活跃的领域，是红外焦平面探测器的理想代表之一。

非制冷红外探测器利用红外辐射的热效应，由红外吸收材料将红外辐射能转换成热能，引起热敏元件温度上升，热敏元件的某个物理参数随之发生变化，再通过所设计的某种转换机制转换为可见光信号，其核心部件是红外焦平面阵列，利用热敏电阻的阻值随温度变化来探测辐射的强弱。

现有探测器的像元使用的微桥结构中，包括桥面、桥臂、桥墩和衬底，桥墩需要沉积多层支撑膜层结构，以对桥面进行支撑，而在制备工艺中，常常由于桥腿内部沉积层的均匀性问题而导致制备出桥腿的形貌不稳定；且沉积制备桥腿的过程中，牺牲层的沉积和释放对桥腿结构也会造成一定的影响。因此，现有微桥结构的制备工艺复杂、且制备出的桥腿形貌不稳定。

发明内容

为解决以上现有微桥结构存在的问题，本发明提供一种驱动桥臂型微桥结构，具体技术方案如下。

一种驱动桥臂型微桥结构，包括衬底、桥墩、驱动桥臂、微桥桥面；所述桥面上设置有热敏吸收层，热辐射信号被所述桥面上的热敏吸收层吸收，传递到所述微桥结构；所述驱动桥臂上设置有电极层，所述衬底包括读出电路，衬底上设置有金属反射层，所述桥墩与所述衬底通过所述金属反射层电连接，所述桥面、驱动桥臂、桥墩及衬底电连接。

优选的，所述桥墩由介质层包覆金属通孔构成，通过金属通孔将所述桥面和所述衬底电连接。

优选的，所述介质层和所述金属通孔直接接触，所述金属通孔的材料为铝、铜或钨，所述介质层的材料为氧化硅或氮化硅。

优选的，所述桥墩有两个，分别位于所述桥面的两侧。

优选的，所述驱动桥臂有两个，分别位于所述桥面的两侧。

优选的，所述驱动桥臂包括双层薄膜结构，所述双层薄膜结构由两层热膨胀系数不同的材料组成，热膨胀系数较大的一层为导电层，热膨胀系数较小的一层为钝化层。

优选的，所述桥臂包括两段，每一段均包括一个双层结构，第一段桥臂的导电层位于钝化层上方，第二段桥臂的导电层位于钝化层下方。

优选的，所述电极层位于所述第一段桥臂和所述第二段桥臂之间，所述电极层嵌入整个桥臂结构中。

优选的，所述热敏吸收层的材料为氧化钒或非晶硅，所述电极层的材料为钛、氮化钛、镍、铂、钨、铝或镍铬合金，所述导电层的材料为Al、Ti或TiN，所述钝化层的材料为氮化硅、硅、碳化硅、氧化铝或碳氧化硅。

优选的，所述衬底上集成温控环。

一种非制冷焦平面红外探测器，包括多个上述驱动桥臂型微桥结构的阵列。

本发明的技术方案与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明引入一个桥臂驱动结构，通过对驱动桥臂施加电压产生焦耳热，利用桥臂材料的热膨胀效应使得驱动桥臂运动，因为组成桥臂材料的热膨胀系数不同，温度升高后，桥臂能向一侧弯曲，因而桥臂可将桥面整体抬高。通过选择不同的桥臂沉积材料来控制桥臂的弯曲程度，从而控制桥面的高低程度，更好地发挥谐振腔高度对吸收率的影响。