CN106768387A - 用于mems图像传感器的像元阵列 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于MEMS图像传感器的像元阵列，由多个像元在二维平面上重复排列组成，所述像元包括衬底和微桥，所述微桥通过桥墩固定在衬底上，并通过桥墩中的引线将微桥上产生的电信号传递至衬底上的读出电路，在所述像元阵列中，每个桥墩引出多个臂，同时与多个像元连接。本发明通过将一个桥墩引出多个臂来连接多个像元，可以有效减少像元阵列中的桥墩个数，扩大电磁波吸收面积，提高像元的响应速率，应用于MEMS图像传感器中则显著提高产品的信噪比、灵敏度等特性。另外，更少的桥墩数量有益于像元阵列制作流程的简化，从而节约成本，提高良品率。

Description

用于MEMS图像传感器的像元阵列
技术领域
本发明涉及MEMS图像传感器技术领域，特别涉及一种用于MEMS图像传感器的像元阵列。
背景技术
非制冷的红外热成像传感器和THz成像传感器具备不可替代的应用功能，市场前景较好，且具有价格低、体积小、功耗低、可靠高、操作方便等优点。随着微电子和微机械加工MEMS技术的逐步发展，非制冷红外热成像传感器和THz成像传感器的这些优势被进一步强化，成为高科技技术领域发展的热点之一。
参见图1，是典型的红外热成像传感器的像元阵列100，由多个像元10在在二维平面上重复排列组成，其中每个像元10的结构如图2所示，包括微桥11和衬底13，所述微桥11通过桥墩12固定在衬底上，并通过桥墩12中的引线将微桥11上产生的电信号传递至衬底13上的读出电路，从而检测出电流或电阻的变化，最终实现对红外辐射的探测，进而成像。在上述现有技术中，所述像元阵列中的每个像元10均拥有两个独立桥墩12，相当于每个桥墩仅负责二分之一个的像元，这会导致桥墩在整个像元阵列中的面积占比过高，而桥墩不能感热，因此过多桥墩的存在会导致像元阵列感热面积的浪费，影响热吸收性能，无法满足市场对高性能图像传感器的需求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明从结构出发，提供一种用于MEMS图像传感器的像元阵列，能够有效减少桥墩占用面积，提高像元阵列的热吸收性能。
本发明采用的技术方案为：一种用于MEMS图像传感器的像元阵列，由多个像元在二维平面上重复排列组成，所述像元包括衬底和微桥，所述微桥通过桥墩固定在衬底上，并通过桥墩中的引线将微桥上产生的电信号传递至衬底上的读出电路，在所述像元阵列中，每个桥墩引出多个臂，同时与多个像元连接。
优选地，所述每个桥墩引出2个臂，同时与两个像元连接。
优选地，所述每个桥墩引出3个臂，同时与三个像元连接。
优选地，所述每个桥墩引出4个臂，同时与四个像元连接。
优选地，所述MEMS图像传感器为红外热成像传感器，所述像元阵列为红外焦平面阵列。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：
本发明通过将一个桥墩引出多个臂来连接多个像元，可以有效减少像元阵列中的桥墩个数，扩大电磁波吸收面积，提高像元的响应速率，应用于MEMS图像传感器中则显著提高产品的信噪比、灵敏度等特性。另外，更少的桥墩数量有益于像元阵列制作流程的简化，从而节约成本，提高良品率。
附图说明
图1是现有技术中独立桥墩像元阵列结构示意图；
图2是现有技术中独立桥墩像元结构示意图；
图3是现有技术中独立桥墩像元阵列信号读取示意图；
图4是本发明两像元共用桥墩像元阵列的结构示意图；
图5是本发明两像元共用桥墩像元阵列的信号读取示意图；
图6是本发明三像元共用桥墩像元阵列的结构示意图；
图7是本发明三像元共用桥墩像元阵列的信号读取示意图；
图8是本发明四像元共用桥墩像元阵列的结构示意图1；
图9是本发明四像元共用桥墩像元阵列的信号读取示意图；
图10是本发明四像元共用桥墩像元阵列的结构示意图2。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步描述。
参见图1和图2，分别为现有技术中独立桥墩像元阵列100的结构示意图和像元10的结构示意图，从图1中可以看出，所述像元阵列100中的每个像元10均拥有两个独立桥墩12，相当于每个桥墩仅负责二分之一个的像元，与之相对应的，独立桥墩像元阵列的信号读取方式如图3所示，以处于同一行的四个像元为例，每个像元等效于一个电阻，四个传感器电阻r(1)、r(2) 、r(3)、 r(4)按顺序连接，每个电阻通过两个行选开关连接至信号线来完成信号的逐个读取。
为了降低桥墩的面积占比，提交图像传感器传感器的电磁波吸收性能，本发明采用一种用于MEMS图像传感器的像元阵列，由多个像元在二维平面上重复排列组成，所述像元包括衬底和微桥，所述微桥通过桥墩固定在衬底上，并通过桥墩中的引线将微桥上产生的电信号传递至衬底上的读出电路，在所述像元阵列中，每个桥墩引出多个臂，同时与多个像元连接。
实施例1：图4为两像元共用桥墩的像元阵列结构示意图，所述像元阵列200中的每个桥墩22均可引出2个臂，同时与两个像元的微桥21连接，相当于每个桥墩负责一个像元，相对于现有技术有效减少了桥墩数量，与之相对应的，两像元共用桥墩像元阵列的信号读取方式如图5所示，以处于同一行的四个像元为例，每个像元等效于一个电阻，四个传感器电阻r(1)、r(2) 、r(3)、 r(4) 按顺序连接，每个电阻通过两个行选开关连接至信号线来完成信号的逐个读取，与独立桥墩信号读取方式的区别在于：每个行选开关需要分时复用两次，例如，在读取传感器等效电阻r(1)信号时需要使用开关s(1)和s(2)，在读取r(2)信号时需要再次使用s(2)和s(3)，以此类推。
实施例2：图6为三像元共用桥墩的像元阵列结构示意图，所述像元阵列300中的每个桥墩32均可引出3个臂，同时与三个像元的微桥31连接，相当于每个桥墩负责二分之三个像元，相对于实施例1进一步减少了桥墩数量，与之相对应的，三像元共用桥墩像元阵列的信号读取方式如图7所示，以图7中的三个像元为例，每个像元等效于一个电阻，三个传感器电阻r(1)、r(2) 、r(3)共同连接一个桥墩，每个电阻通过两个行选开关连接至信号线来完成信号的逐个读取，与独立桥墩信号读取方式的区别在于：每个行选开关需要分时复用三次，例如，在读取等效电阻r(1)信号时需要使用开关s(1)和s(2)，在读取r(2)信号时需要再次使用s(2)和s(3)，在读取r(3)信号时需要第三次使用s(3)和s(4)读取，以此类推。
实施例3：图8为四像元共用桥墩的像元阵列结构示意图1，所述像元阵列400中的每个桥墩42均可引出4个臂，同时与四个像元的微桥41连接，相当于每个桥墩负责两个像元，相对于实施例2进一步减少了桥墩数量，与之相对应的，四像元共用桥墩像元阵列的信号读取方式如图9所示，以图9中的四个像元为例，每个像元等效于一个电阻，四个传感器电阻r(1)、r(2) 、r(3)、r(4)共同连接一个桥墩，每个电阻通过两个行选开关连接至信号线来完成信号的逐个读取，与独立桥墩信号读取方式的区别在于：每个行选开关需要分时复用四次，例如，在读取等效电阻r(1)信号时需要使用开关s(1)和s(2)，在读取r(2)信号时需要再次使用s(2)和s(3)，在读取r(3)信号时需要第三次使用s(2)和s(4)， 在读取r(,4)信号时需要第四次使用s(2)和s(5)，以此类推。
实施例4：参见图10，为四像元共用桥墩的像元阵列结构示意图2，与实施例3相同，所述像元阵列400中的每个桥墩42均引出4个臂，同时与四个像元的微桥41连接，相当于每个桥墩负责两个像元，区别仅在于，所述桥墩42引出4个臂的形状与实施例3不同，为“工”字形，相对于实施例2来说仍然进一步减少了桥墩数量，与之相对应的，四像元共用桥墩像元阵列的信号读取方式也与实施例3相同，本发明不再赘述。
优选地，所述MEMS图像传感器为红外热成像传感器，所述像元阵列100、200、300、400为红外焦平面阵列，虽然本发明尤其适用于MEMS红外热成像传感器，但仍然可以应用于其他类型图像传感器，例如THz传感器，只要是通过吸收电磁波辐射能量实现成像的图像传感器，本发明都可以提高其辐射吸收面积，从而改善传感器性能。
本发明通过将一个桥墩引出多个臂来连接多个像元，可以有效减少像元阵列中的桥墩个数，扩大电磁波吸收面积，提高像元的响应速率，应用于MEMS图像传感器中则显著提高产品的信噪比、灵敏度等特性。另外，更少的桥墩数量有益于像元阵列制作流程的简化，从而节约成本，提高良品率。
需要注意的是，在上述实施方式中我们仅列举了部分优选方案，即每个桥墩同时连接两个、三个、四个像元，但本发明桥墩连接的像元数量还可以根据需求进一步增加，桥墩引出臂的形状及相应的信号读取方式也可以根据需要进行设计，本发明不能穷举。
总之，以上仅为本发明较佳的实施例，并非用于限定本发明的保护范围，在本发明的精神范围之内，对本发明所做的等同变换或修改均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于MEMS图像传感器的像元阵列，由多个像元在二维平面上重复排列组成，所述像元包括衬底和微桥，所述微桥通过桥墩固定在衬底上，并通过桥墩中的引线将微桥上产生的电信号传递至衬底上的读出电路，其特征在于：在所述像元阵列中，每个桥墩引出多个臂，同时与多个像元连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于MEMS图像传感器的像元阵列，其特征在于：所述每个桥墩引出2个臂，同时与两个像元连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于MEMS图像传感器的像元阵列，其特征在于：所述每个桥墩引出3个臂，同时与三个像元连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于MEMS图像传感器的像元阵列，其特征在于：所述每个桥墩引出4个臂，同时与四个像元连接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种用于MEMS图像传感器的像元阵列，其特征在于：所述MEMS图像传感器为红外热成像传感器，所述像元阵列为红外焦平面阵列。
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