CN114001832B - 一种非制冷红外偏振探测像元结构、芯片及探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非制冷红外偏振探测像元结构，通过将光栅层的通光区域设置成对应偏振方向的正多边形，可以保证该通光区域中对应不同偏振方向的光栅除偏振方向不同之外均具有相同的形貌，从而保证对于多个预设偏振方向的入射光该光栅层均具有相同的透过效率。通过将像元层设置成与透光区域相对应的正多边形，同时在像元层表面设置吸收单元，可以排除像元层中电极造成的偏振选择吸收特性的影响，使得红外探测像元的光吸收偏振不敏感，从而保证像元层对不同偏振方向的光线响应一致，避免响应非均匀性的问题。本发明还提供了一种芯片以及探测器，同样具有上述有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及红外芯片技术领域，特别是涉及一种非制冷红外偏振探测像元结构、一种非制冷红外偏振探测芯片以及一种非制冷红外偏振探测器。
背景技术
红外热成像技术是当今迅速发展的高新技术之一，其通过探测目标与背景的红外辐射强度差异，实现对目标的发现、识别和跟踪，广泛应用于军事、工业、医疗和安防等各种领域，然而，现有的红外热成像技术难以识别出温度相近的目标和背景，无法满足在热对比度较低场景、复杂背景和伪装技术中有效识别目标的要求。与传统红外热成像技术相比，红外偏振热成像技术可同时测量空间目标的强度信息和偏振信息，有效提高目标和背景的对比度，突出目标的细节特征，增强目标识别效果，因此，越发受到人们的关注。
目前常用的红外偏振探测的技术方案包括：分时型、分振幅型、分孔径型和分焦平面型等。其中分焦平面型由于其集成度高、可实时成像等特点近年来受到更多的关注，被认为是红外偏振成像技术未来的重要发展方向。
分焦平面型非制冷红外偏振探测器一般是在传统的红外焦平面阵列上方通过对准组装的方式，或是利用MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电***)工艺实现片上集成的方式制作一层偏振微光栅，从而实现偏振探测。
在现有技术中，微光栅为了保证有最大的通光孔径，其整体形状几乎都是做成正方形，此时对于不同偏振方向，例如0°、90°和45°、135°光栅的线栅的长宽比和数量等都不一致，而且45°、135°光栅中过短的栅线对相应偏振光的偏振消光能力也较弱，因此各光栅的对相应角度的偏振光的透过率是不一样的，自然会带来响应非均匀性问题。
同时在现有技术中，热绝缘微桥像元结构为了能够有最高的填充因子和最长的桥腿，往往会将桥面设计成矩形且置于像元中心，其中桥面由支撑层、保护层、热敏材料以及热敏材料两侧的金属电极构成，并在两侧添加桥腿。因此，像元本身就有着强烈的偏振选择吸收特性，对0°、45°、90°和135°偏振光的吸收是不一样的，进一步加剧了响应非均匀性问题。
所以如何提供一种可以使得像元组内各个像元对不同角度的偏振光线的响应均一致的非制冷红外偏振探测像元是本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种非制冷红外偏振探测像元结构，像元组内各个像元对不同角度的偏振光线的响应均一致；本发明还提供了一种非制冷红外偏振探测芯片以及一种非制冷红外偏振探测器，像元组内各个像元对不同角度的偏振光线的响应均一致。
为解决上述技术问题，本发明提供一种非制冷红外偏振探测像元结构，包括半导体基座、红外探测像元以及微光栅；
所述红外探测像元包括第一桥墩和像元层，所述像元层通过所述第一桥墩架设于所述半导体基座的一侧，所述像元层背向所述半导体基座的一侧表面设置有电极，所述电极通过连接线与所述第一桥墩与所述半导体基座电连接；
所述微光栅包括第二桥墩和光栅层，所述光栅层通过所述第二桥墩架设于所述红外探测像元背向所述半导体基座的一侧，所述光栅层包括通光区域，所述通光区域沿预设偏振方向设置有光栅，所述通光区域呈正多边形，所述正多边形的边数为预设偏振方向数量的2n倍，n为正整数；所述光栅的透光轴方向与所述通光区域的预设边平行；
所述像元层呈所述正多边形且与所述通光区域相对应，所述像元层背向所述半导体基座的一侧表面设置有吸收单元，所述吸收单元使所述红外探测像元的光吸收偏振不敏感。
可选的，所述第一桥墩与所述第二桥墩相互重叠。
可选的，所述第一桥墩与所述第二桥墩电绝缘。
可选的，所述第一桥墩为第一支撑柱，和/或所述第二桥墩为第二支撑柱。
可选的，所述第一支撑柱为通过钨填充工艺制备的金属柱；所述第二支撑柱为通过钨填充工艺制备的金属柱。
可选的，所述第一桥墩呈空心结构，和/或所述第二桥墩呈空心结构。
可选的，所述光栅层设置有贯穿所述光栅层的释放通道。
可选的，所述释放通道位于所述光栅中相邻光栅条之间的间隙。
可选的，所述光栅背向所述半导体基座的一侧表面设置有抗反射层。
可选的，所述吸收单元与所述电极相对于所述像元层中心呈中心对称分布，任一所述预设偏振方向均对应有所述吸收单元或所述电极，所述吸收单元与所述电极对于所述预设偏振方向的光线吸收相同。
可选的，所述吸收单元与所述电极的材质以及尺寸均相同。
可选的，所述吸收单元对所述光线吸收偏振不敏感，且所述吸收单元对光线的吸收性能强于所述电极对光线的吸收性能。
可选的，所述吸收单元对光线的偏振选择吸收与所述电极对光线的偏振选择吸收相互抵消。
可选的，包括多个所述红外探测像元，呈矩形排列的四个所述红外探测像元构成一像元组，所述像元组设置有所述微光栅。
可选的，所述预设偏振方向包括0°、45°、90°、135°，所述光栅层包括四个所述通光区域，所述像元层与所述通光区域均呈正八边形，四个所述通光区域中光栅的透光轴方向与四个所述预设偏振方向一一对应。
可选的，所述预设偏振方向包括0°、60°、120°，所述光栅层包括四个所述通光区域，所述像元层与所述通光区域均呈正六边形，四个所述通光区域中两个所述通光区域中光栅的透光轴方向对应同一所述预设偏振方向，另两个所述通光区域中光栅的透光轴方向与另两个所述预设偏振方向一一对应。
可选的，所述预设偏振方向包括0°、60°、120°，所述光栅层包括三个所述通光区域，所述像元层与所述通光区域均呈正六边形，三个所述通光区域中光栅的透光轴方向与三个所述预设偏振方向一一对应。
可选的，相邻所述通光区域之间具有阻挡光线入射所述红外探测像元的遮光区域。
本发明还提供了一种非制冷红外偏振探测芯片，包括如上述任一项所述的非制冷红外偏振探测像元结构。
本发明还提供了一种非制冷红外偏振探测器，包括如上述任一项所述的非制冷红外偏振探测像元结构。
本发明所提供的一种非制冷红外偏振探测像元结构，通过将光栅层的通光区域设置成对应偏振方向的正多边形，可以保证该通光区域中对应不同偏振方向的光栅除偏振方向不同之外均具有相同的形貌，从而保证对于多个预设偏振方向的入射光该光栅层均具有相同的透过效率。通过将像元层设置成与透光区域相对应的正多边形，同时在像元层表面设置吸收单元，可以排除像元层中电极造成的偏振选择吸收特性的影响，使得红外探测像元的光吸收偏振不敏感，从而保证像元层对不同偏振方向的光线响应一致，避免响应非均匀性的问题。并且通过第二桥墩将光栅层架设于像元层上方使得光栅与像元分离，可以避免光栅层大幅增加像元层的热容，从而可以保证像元层的响应速度，同时保证光栅层为一平整表面，保证光栅层周期性的完整，从而可以保证通光区域透光的均匀性。
本发明还提供了一种非制冷红外偏振探测芯片以及一种非制冷红外偏振探测器，同样具有上述有益效果，在此不再进行赘述。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中非制冷红外探测像元结构的结构示意图；
图2为现有技术中光栅层的结构示意图；
图3为本发明实施例所提供的一种非制冷红外偏振探测像元结构的剖面结构示意图；
图4为图3中红外探测像元的俯视结构示意图；
图5为图3中微光栅的俯视结构示意图；
图6为本发明实施例所提供的一种具体的非制冷红外偏振探测像元结构的剖面结构示意图；
图7为本发明实施例所提供的一种具体的微光栅的俯视结构示意图；
图8为一种设置有图7中微光栅后非制冷红外偏振探测像元结构的剖面结构示意图；
图9为另一种设置有图7中微光栅后非制冷红外偏振探测像元结构的剖面结构示意图；
图10为现有技术所提供的非制冷红外探测像元中像元组内各像元的响应随入射光偏振角度变化而变化的关系图；
图11本发明实施例所提供的一种非制冷红外偏振探测像元结构中像元组内各像元的响应随入射光偏振角度变化而变化的关系图。
图中：1.半导体基座、2.金属反射层、21.金属触点、3.绝缘介质层、4.像元支撑层、5.热敏层、6.介质保护层、7.金属电极层、71.电极、72.连接线、8.吸收单元、9.钝化保护层、10.光栅支撑层、111.光栅、112.遮光区域、12.抗反射层、13.释放通道、14.第一支撑柱、15.绝缘材料层、16.第二支撑柱。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种非制冷红外偏振探测像元结构。参见图1以及图2，图1为现有技术中非制冷红外探测像元结构的结构示意图；图2为现有技术中光栅层的结构示意图。参见图1以及图2，在现有技术中，微光栅为了保证有最大的通光孔径，其整体形状几乎都是做成正方形，此时对于不同偏振方向，例如0°、90°和45°、135°光栅111的线栅的长宽比和数量等都不一致，而且45°、135°光栅111中过短的栅线对相应偏振光的偏振消光能力也较弱，因此各光栅111的对相应角度的偏振光的透过率是不一样的，自然会带来响应非均匀性问题。
现有的热绝缘微桥像元结构为了能够有最高的填充因子和最长的桥腿，往往会将桥面设计成矩形且置于像元中心，其桥面由支撑层4、保护层、热敏层5以及热敏材料两侧的电极71构成，并在两侧添加桥腿。因此，像元本身就有着强烈的偏振选择吸收特性，对0°、45°、90°和135°偏振光的吸收是不一样的，进一步加剧了响应非均匀性问题。
并在现有技术中，通常是通过用算法标定与校正的方式进行处理的，即通过标校的方式将同一强度不同偏振方向的偏振光入射时的像元响应校正至同一水平。然而，这种方法的校正过程操作麻烦，计算繁琐，且对校正平台的起偏精度和探测精度要求都非常高。此外，由于非制冷红外偏振探测器对温度很敏感，不同温度下的校正效果可能不同，可能需要在多个温度环境下逐一进行校正。
而本发明所提供的一种非制冷红外偏振探测像元结构，通过将光栅层的通光区域设置成对应偏振方向的正多边形，可以保证该通光区域中对应不同偏振方向的光栅除偏振方向不同之外均具有相同的形貌，从而保证对于多个预设偏振方向的入射光该光栅层均具有相同的透过效率。通过将像元层设置成与透光区域相对应的正多边形，同时在像元层表面设置吸收单元，可以排除像元层中电极造成的偏振选择吸收特性的影响，使得红外探测像元的光吸收偏振不敏感，从而保证像元层对不同偏振方向的光线响应一致，避免响应非均匀性的问题。并且通过第二桥墩将光栅层架设于像元层上方使得光栅与像元分离，可以避免光栅层大幅增加像元层的热容，从而可以保证像元层的响应速度，同时保证光栅层为一平整表面，保证光栅层周期性的完整，从而可以保证通光区域透光的均匀性。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1以及图2，因现有技术中呈矩形设置的光栅111以及呈矩形设置的像元结构，该结构问题带来的本征非均匀性一般＞10％，远大于工艺问题带来的随机非均匀性。目前的偏振探测方法都是用斯托克斯(Stokes)参数来表征目标的偏振信息的，在计算Stokes参数时需要用到四个像元的响应I0°、I45°、I90°和I135°。因此，在四个像元的响应具有强烈的非均匀性问题的情况下，直接计算Stokes参数，会引入较大的误差，产生伪偏振信息，严重影响偏振探测的准确性。
具体的，分焦平面型非制冷红外偏振器一般是在传统的红外焦平面阵列上方通过对准组装的方式，或是利用MEMS工艺实现片上集成的方式制作一层偏振微光栅，光栅层上相邻光栅111角度一般设为0°、45°、90°和135°，四个角度的光栅2×2排列，与正下方的4个热绝缘微桥结构共同构成一个红外偏振探测单元，被称为“超像元”。每个像元前的光栅111对入射光起到一个偏振选择透过的调制作用，其光强变化满足马吕斯定律：
I＝I0cos2θ；
其中I0为入射光光强，θ为入射光偏振方向与光栅111透光轴方向的夹角。当一束光通过光栅111时，根据入射光的偏振信息的不同，不同角度的光栅111对其调制作用也不同，因此不同光栅111下方的像元的响应信号也不同，分别为I0°，I45°，I90°和I135°。根据这四个像元的响应信号，可计算出Stokes参数S0、S1和S2：
S1＝(I0°-I90°)
S2＝(I45°-I135°)
进而可计算出入射光的线偏振度(DoLP)和偏振角(AoP)：
从而实现偏振探测。然而前述内容所述，这种光栅111结构和微桥结构会带来严重的响应非均匀性问题，具体表现为对于同一强度不同偏振角度的偏振光，其像元响应I0°，I45°，I90°和I135°相差很大。当按照上述公式计算表征偏振光特征的线偏振度和偏振角时结果会存在较大偏差。如果不采取措施解决这种响应非均匀性问题，在成像时会产生伪偏振信息，严重影响探测到的目标偏振信息的准确性。
具体的，分焦平面的成像过程，各像元的响应Ii的主要影响因素有：各像元的光栅的透光轴透过率ti、各像元在考虑填充因子后的的有效吸收率αi和各像元的热导Gi，即：
假设在理想的忽略工艺误差的情况下，各像元的光栅111透光轴透过率、有效吸收率和热导等都相等，即ti＝t，αi＝α，Gi＝G。对于非制冷红外偏振探测器，其像元结构有如下8种情况：
(1)、各像元的光栅111透光轴透过率、有效吸收率和热导都相等：
(2)、各像元的光栅111透光轴透过率不相等，有效吸收率和热导相等：
(3)、各像元的有效吸收率不相等，光栅111透光轴透过率和热导相等：
(4)、各像元的光栅111透光轴透过率有效吸收率都相等，热导不相等：
(5)、各像元的光栅111透光轴透过率和有效吸收率不相等，热导相等：
(6)、各像元的光栅111透光轴透过率和热导不相等，有效吸收率不相等：
(7)、各像元的光栅111透光轴透过率相等，有效吸收率和热导不相等：
(8)、各像元的光栅111透光轴透过率、有效吸收率和热导都不相等：
在上述8种情况中：
(1)是最理想的情况，此时各像元的响应必定是一致的I0°＝I45°＝I90°＝I135°，没有本征非均匀性问题。
(2)、(3)、(4)各像元的响应肯定是不一致的，必定存在本征非均匀性。
(5)～(8)可通过灵活调整各像元的ti，αi和Gi的大小，使其等于从而消除本征非均匀性。然而，(6)～(8)各像元的热导不一致，其热响应时间也有可能是不一致的，从成像的角度来看这一点是很不利的，因此，这三种方案并不是合适的方案。
综上所述，只有(1)和(5)是有可能通过改进结构的方式消除本征非均匀性的。其中(5)需要调整各像元的ti，αi的大小，使其满足：计算精度和工艺精度都要求较高。因此只有(1)，即通过改进结构使各像元的光栅透光轴透过率、有效吸收率和热导都相等的方法才是最理想的消除本征非均匀性的方法。
而下述发明实施例所提供的一种非制冷红外偏振探测像元结构，通过改进结构使各像元的光栅111透光轴透过率、有效吸收率和热导都相等。
请参考图3至图5，图3为本发明实施例所提供的一种非制冷红外偏振探测像元结构的剖面结构示意图；图4为图3中红外探测像元的俯视结构示意图；图5为图3中微光栅的俯视结构示意图。
参见图3至图5，在本发明实施例中，非制冷红外偏振探测像元结构包括半导体基座1、红外探测像元以及微光栅；所述红外探测像元包括第一桥墩和像元层，所述像元层通过所述第一桥墩架设于所述半导体基座1一侧，所述像元层背向所述半导体基座1的一侧表面设置有电极71，所述电极71通过连接线72与所述第一桥墩与所述半导体基座1电连接；所述微光栅包括第二桥墩和光栅层，所述光栅层通过所述第二桥墩架设于所述红外探测像元背向所述半导体基座1的一侧，所述光栅层包括通光区域，所述通光区域沿预设偏振方向设置有光栅111，所述通光区域呈正多边形，所述正多边形的边数为预设偏振方向数量的2n倍，n为正整数；所述光栅111的透光轴方向与所述通光区域的预设边平行；所述像元层呈所述正多边形且与所述通光区域相对应，所述像元层背向所述半导体基座1的一侧表面设置有吸收单元8，所述吸收单元8使所述红外探测像元的光吸收偏振不敏感。
上述半导体基座1用于读取红外探测像元产生的信号，该半导体基座1通常包括金属反射层2和绝缘介质层3，所述金属反射层2包括若干个金属触点21，该绝缘介质层3通常位于金属反射层2朝向红外探测像元一侧表面设置。上述红外探测像元包括第一桥墩和像元层，其中像元层即对外界光线进行响应的主要结构，该像元层设置有热敏层5，该热敏层5可以对外界光线进行响应，该热敏层5背向半导体基座1的一侧设置有电极71，该电极71即与热敏层5电连接的接触点。上述第一桥墩用于将像元层架设于半导体基座1的上方，上述与热敏层5相接触的电极71通常需要通过连接线72以及第一桥墩与半导体基座1电连接，通常情况下该连接线72会穿过第一桥墩与半导体基座1中的金属触点21相接触。通常情况下，在设置有多个本发明实施例所提供的非制冷红外偏振探测像元结构的非制冷红外偏振探测芯片中，上述半导体基座1通常会形成读出电路，以通过该读出电路读取非制冷红外偏振探测芯片中各个像元结构所产生的信号。
通常情况下，像元层会包括有像元支撑层4，该像元支撑层4在第一桥墩处延伸至半导体基座1，而在半导体基座1表面设置有贯穿像元支撑层4以及绝缘介质层3的第一通孔，该第一通孔会延伸至半导体基座1中金属触点21表面，从而使得连接线72可以与半导体基座1中金属触点21电连接。上述热敏层5位于像元支撑层4背向半导体基座1的一侧表面，该热敏层5背向半导体基座1的一侧表面设置有介质保护层6，该介质保护层6背向所述半导体基座1的一侧表面设置有金属电极层7，该金属电极层7包括上述电极71以及连接线72，其中在介质保护层6中设置有贯通该介质保护层6，延伸至热敏层5的第二通孔，上述电极71位于该第二通孔内与热敏层5相接触；而上述金属电极层7可以通过第一桥墩延伸至第一通孔，从而使得连接线72可以与半导体基座1中的金属触点21电连接。上述金属电极层7背向半导体基座1的一侧表面通常还设置有钝化保护层9，以对上述各个结构进行保护。
上述微光栅包括第二桥墩和光栅层，其中第二桥墩用于将光栅层架设于红外探测像元上方，从而使得光栅层与像元层相互分离，避免光栅层极大的影响像元层的热容从而影响像元层的响应速度，同时可以避免像元层中表面不平整的结构对光栅层中光栅111周期结构造成影响。具体的，上述光栅层通过第二桥墩架设于红外探测像元背向半导体基座1的一侧，该光栅层设置有通光区域，在该通光区域中沿预设偏振方向设置有光栅111，该光栅111可以将沿预设偏振方向振动的光线投射至像元层，该光栅111通常需要沿预设偏振方向设置，填充满整个通光区域。在本发明实施例中，上述光栅111通常为金属光栅111。
通常情况下，上述光栅层包括光栅支撑层10，以及设置在光栅支撑层10背向半导体基座1的一侧表面的光栅111，该光栅支撑层10通常在第二桥墩处可以延伸至像元层，从而起到良好的支撑作用。而上述光栅111具体分布于光栅层中预先划分的通光区域。具体的，在本发明实施例中通光区域呈正多边形，且该正多边形的边数需要与预设偏振方向数量相对应。具体的，该正多边形的边数为预设偏振方向数量的2n倍，n为正整数。例如，当预设偏振方向为0°、45°、90°、135°共四个预设偏振方向时，需要上述通光区域为正八边形；当预设偏振方向为0°、60°、120°共三个预设偏振方向时，需要上述通光区域为正六边形。在本发明实施例中需要根据预设偏振方向不同的数量来确定通光区域不同的形状。此时，对应不同预设偏振方向的通光区域中的光栅111，除了其设置角度不同之外，其形貌均可以完全相同，即对应任意一个预设偏振方向的光栅111均可以仅通过其他通光区域中的光栅111旋转得到。当然，当有四个预设偏振方向时，上述正多边形还可以是正十六边形等，当有三个预设偏振方向时，上述正多边形还可以是正十二边形等，只要保证正多边形的边数为预设偏振方向数量的2n倍即可，该需要n为正整数。当然为了避免出现过短的光栅线条，上述正多边形的边数通常仅为预设偏振方向数量的二倍。
相应的，在本发明实施例中，像元层也需要呈正多边形且需要与其上方架设的通光区域的形貌相对应，通常需要相一致，即当通光区域为正八边形时，其通光区域下方的像元层也需要呈正八边形；当通光区域为正六边形时，其通光区域下方的像元层也需要呈正六边形。基于像元层呈正多边形的结构，上述电极71也通常在像元层边缘处设置，通常电极71会在像元层相对的两条侧边处设置。
在本发明实施例中，由于电极71对入射光的吸收非常强，且有明显的偏振选择吸收特性，该电极71通常对偏振方向垂直于两个电极71的偏振光强吸收，对偏振方向平行于两个电极71的偏振光弱吸收，因此必须通过上述吸收单元8来进行平衡。具体的，在本发明实施例中，上述像元层背向所述半导体基座1的一侧表面设置有吸收单元8，该吸收单元8用于使红外探测像元的光吸收偏振不敏感，即使红外探测像元对任一预设偏振方向的偏振光线均具有大体相等的吸收效率，不会对某一角度的偏振光线过多的反射或过多的吸收等等，从而使得像元层对具有不同偏振方向的光线均具有大体相同的响应效果。有关该吸收单元8的具体结构将在下述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。
具体的，在本发明实施例中，上述半导体基座1中金属反射层2的材料可以是铝或其他金属材料，该金属反射层2的厚度的取值范围可以在50nm至1000nm之间，包括端点值；该半导体基座1中的绝缘介质层3的材料可以是氮化硅、氧化硅和氮氧化硅的其中之一，视具体情况而定。上述像元层中的像元支撑层4的材料可以是氮化硅、氧化硅和氮氧化硅的其中之一，热敏层5的材料可以是氧化钒、氧化钛、非晶硅、氧化锰或氧化锌的其中之一，位于热敏层5背向半导体基座1的一侧表面的介质保护层6的材料可以是氮化硅、氧化硅和氮氧化硅的其中之一；上述金属电极层7，包括连接线72以及电极71的材料可以是钛、铝、铜、金、钒、氮化钛、镍铬合金和钛铝合金的其中之一；上述位于金属电极层7背向半导体基座1的一侧表面的钝化保护层9的材料可以是氮化硅、氧化硅和氮氧化硅的其中之一。
具体的，在本发明实施例中，上述光栅支撑层10的材料可以是氮化硅、氧化硅、氮氧化硅和非晶硅的其中之一或任意组合，光栅111的材料可以是金、银、铜、铝、钨、镉、铬和钛的其中之一，该光栅111的厚度的取值范围通常在20nm至1000nm，包括端点值；上述光栅111的光栅周期通常为50nm至1000nm，包括端点值；上述光栅111的占空比通常在20％至80％，包括端点值。
在本发明实施例中，每个光栅111在通光区域中的结构需要一致，仅在光栅线条的排列方向上有所不同，而在每个预设偏振方向上通光区域的通光孔径、光栅线条的长宽比和数量都是一样的，因此在每个预设偏振方向上光栅111的透光轴透过率也处于同一水平。需要说明的是，在本发明实施例中上述光栅111的透光轴方向需要与所述通光区域的预设边平行，以保证一通光区域中光栅111的各个光栅条的长度大体相同。
需要说明的是，在本发明实施例中，由于上述红外探测像元以及微光栅的两层悬空结构都是依靠牺牲层来制备的，因此需要在器件制备完成后，留有释放通道去掉牺牲层。具体在本发明实施例中，所述光栅层可以设置有贯穿所述光栅层的释放通道13。作为优选的，在本发明实施例中，所述第一桥墩与所述第二桥墩相互重叠。即第二桥墩具体设置于第一桥墩处，在垂直方向上第一桥墩与第二桥墩相互重叠，从而实现光栅层与像元层的连接。具体的，当第一桥墩以及第二桥墩均为传统桥墩结构时，光栅支撑层10具体可以在第二桥墩处延伸至钝化保护层9的表面，该光栅支撑层10与钝化保护层9在第一桥墩处上表面的延展台面实现连接。需要说明的是，当在本发明实施例中第一桥墩以及第二桥墩均为呈空心结构的传统桥墩结构时，上述光栅支撑层具体需要延伸至第一桥墩处，从而使得第一桥墩与第二桥墩相互重叠。
作为优选的，在本发明实施例中，所述第一桥墩与所述第二桥墩电绝缘。此时可以避免微光栅对第一桥墩内连接线72中所传输的电信号造成影响。具体的，可以选择具有良好电绝缘性能的材料作为钝化保护层9以及像元支撑层4，或者在第一桥墩与第二桥墩之间增加电绝缘材料均可，视具体情况而定，在此不做具体限定。
本发明实施例所提供的一种非制冷红外偏振探测像元结构，通过将光栅层的通光区域设置成对应偏振方向的正多边形，可以保证该通光区域中对应不同偏振方向的光栅111除偏振方向不同之外均具有相同的形貌，从而保证对于多个预设偏振方向的入射光该光栅层均具有相同的透过效率。通过将像元层设置成与透光区域相对应的正多边形，同时在像元层表面设置吸收单元8，可以排除像元层中电极71造成的偏振选择吸收特性的影响，使得红外探测像元的光吸收偏振不敏感，从而保证像元层对不同偏振方向的光线响应一致，避免响应非均匀性的问题。并且通过第二桥墩将光栅层架设于像元层上方使得光栅111与像元分离，可以避免光栅层大幅增加像元层的热容，从而可以保证像元层的响应速度，同时保证光栅层为一平整表面，保证光栅层周期性的完整，从而可以保证通光区域透光的均匀性。
有关本发明所提供的一种非制冷红外偏振探测像元结构的具体结构将在下述发明实施例中做详细介绍。
区别于上述发明实施例，本发明实施例是在上述发明实施例的基础上，进一步的对非制冷红外偏振探测像元结构中吸收单元8的结构进行具体限定，其余内容已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。
在本发明实施例中，具体提供三种具体的吸收单元8的结构，该三种吸收单元8的结构均可以使所述红外探测像元的光吸收偏振不敏感。其中吸收单元8的材料可以是钛、铝、铜、金、钒、氮化钛、镍铬合金、钛铝合金、金黑和石墨烯的其中之一。
第一种，参见图4，所述吸收单元8与所述电极71相对于所述像元层中心呈中心对称分布，任一所述预设偏振方向均对应有所述吸收单元8或所述电极71，所述吸收单元8与所述电极71对于所述预设偏振方向的光线吸收相同。
在本结构中，会在像元层设置与上述电极71相类似的吸收单元8，该吸收单元8通常也为金属块，在本发明实施例中具体会通过该吸收单元8来平衡像元层表面金属结构对各个偏振方向的偏振光的吸收。通常情况下，在本发明实施例中，吸收单元8与电极71的材质以及尺寸均相同。即此时吸收单元8与电极71除了对应偏振方向不同之外，对对应偏振方向的光线具有相同的吸收效果。具体的，在本发明实施例中，吸收单元8与电极71相对于像元层中心呈中心对称分布，任一预设偏振方向均对应有吸收单元8或电极71，此时吸收单元8与电极71对于全部预设偏振方向的光线吸收均相同。此时，电极71以及吸收单元8会在像元层表面呈一圆环分布，且相对于像元层的中心呈中心对称。
以像元层呈正八边形为例，若上述电极71具***于像元层左右两个相对的侧边，此时因为电极71对偏振方向垂直于两个电极71的偏振光强吸收，对偏振方向平行于两个电极71的偏振光弱吸收的规律，同时由于90°的偏振方向垂直于两个电极71，0°的偏振方向平行于两个电极71，此时因为该电极71会使像元层对偏振方向为90°的偏振光强吸收，对偏振方向为0°的偏振光弱吸收，从而导致该像元对偏振方向为90°的偏振光的响应明显强于对偏振方向为0°的偏振光的响应，表现出明显的偏振依赖响应特性。而通过上述吸收单元8，该吸收单元8需要与电极71共同呈中心对称分布，且每一预设偏振方向均对应有吸收单元8或电极71，同时吸收单元8与电极71对于预设偏振方向的光线吸收相同，即由于吸收单元8与电极71分布是高度对称的，无论哪一种偏振光入射，都存在相对位置和相对角度一致的金属块进行吸收，因此，在各个预设偏振方向上均有对应电极71或吸收单元8进行强弱不同的吸收，整体表现为像元对各个偏振方向的光线具有相同的响应，从而表现出偏振不敏感的响应特性。
因为在本结构中只利用金属块的相对位置分布关系就实现了各方的平衡，得到偏振不敏感型的像元结构，不需要繁琐的计算仿真和复杂的设计，因此，可认为本结构是最简单有效的设计方案。具体的，在本结构中，上述形成吸收单元8的金属块具体可以位于钝化保护层9朝向半导体基座1的一侧，该吸收单元8需要与电极71大体处于同一平面，以保证吸收单元8可以与电极71对于所述预设偏振方向的光线吸收相同。该吸收单元8与连接线72相互分离，以免影响电信号的传输。
第二种，所述吸收单元8对所述光线吸收偏振不敏感，且所述吸收单元8对光线的吸收性能强于所述电极71对光线的吸收性能。即在本结构中，在像元层表面设置的吸收单元8通常需要对各个预设偏振方向的光线均具有良好的吸收效果，同时该吸收效果需要远强于电极71对光线的吸收性能，从而极大的弱化电极71对光线的吸收对像元层整体接收光线造成的影响，使得像元层表现出偏振不敏感的响应特性。此时，上述吸收单元8的材料通常为黑体材料，该吸收单元8的材料具体可以为石墨烯、金黑等，对各个偏振方向的光线均具有较强的吸收性能。此时，对于吸收单元8在像元层表面具体的分布可以视具体情况而定，在此不做具体限定。
第三种，所述吸收单元8对光线的偏振选择吸收与所述电极71对光线的偏振选择吸收相互抵消。即在本发明实施例中，吸收单元8对光线的偏振选择吸收性能与电极对光线的偏振选择吸收性能可以相互抵消，从而使得像元层表现出偏振不敏感的响应特性，使得红外探测像元的整体吸收不再具有偏振选择特性。而由于吸收单元8对光线的偏振选择吸收性能与电极71对光线的偏振选择吸收性能可以相互抵消，此时该吸收单元8的材质需要根据电极71的材质进行具体确定，同时可以对吸收单元8的尺寸进行具体优化，从而起到上述效果。需要说明的是，本结构与上述第一种结构的区别在于，上述第一种结构主要是通过中心对称结构将像元层对各个预设方向的偏振光线的吸收调整至同一水平，而本结构具体是通过吸收单元8抵消掉电极71对光线的偏振选择吸收性能，例如电极71对0°入射光吸收强，对90°入射光吸收弱，那就在像元上设计一个具有偏振选择性吸收结构，使之对0°入射光吸收弱，对90°入射光吸收强，从而起到抵消的作用。
本发明实施例所提供的一种非制冷红外偏振探测像元结构，具体提供了三种不同的吸收单元8的具体结构，均可以实现使得红外探测像元的光吸收偏振不敏感。
有关本发明所提供的一种非制冷红外偏振探测像元结构的具体结构将在下述发明实施例中做详细介绍。
请参考图6至图9，图6为本发明实施例所提供的一种具体的非制冷红外偏振探测像元结构的剖面结构示意图；图7为本发明实施例所提供的一种具体的微光栅的俯视结构示意图；图8为一种设置有图7中微光栅后非制冷红外偏振探测像元结构的剖面结构示意图；图9为另一种设置有图7中微光栅后非制冷红外偏振探测像元结构的剖面结构示意图。
区别于上述发明实施例，本发明实施例是在上述发明实施例的基础上，进一步的对非制冷红外偏振探测像元结构的结构进行具体限定，其余内容已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。
参见图6，在本发明实施例中，所述第一桥墩为第一支撑柱14，和/或所述第二桥墩为第二支撑柱16。即在本发明实施例中，第一桥墩以及第二桥墩可以并非是传统整体垂直截面呈倒梯形的桥墩结构，而是具体呈柱状结构的第一支撑柱14以及第二支撑柱16。显然，当使用第一支撑柱14架设像元层，以及使用第二支撑柱16架设光栅层时，可以有效减少对像元层表面空间的占用，可以使得像元层具有更多的使用空间，从而可以有效增加像元层接收光线的面积，或便于光栅层中各个结构的设置。需要说明的是，在本发明实施例中可以仅仅将第一桥墩设置为第一支撑柱14，也可以仅仅将第二桥墩设置为第二支撑柱16，也可以同时将第一桥墩设置为第一支撑柱14，并且同时将第二桥墩设置为第二支撑柱16均可，视具体情况而定，在此不做具体限定。当设置有第一支撑柱14时，像元层中的像元支撑层4在第一支撑柱14处则不需要延伸至半导体基座1，此时第一支撑柱14的底端通常需要与半导体基座1中的金属触点21相接触，第一支撑柱14的顶端需要与连接线72相接触，第一支撑柱14的材料通常需要为导电材料，从而使得连接线72可以通过第一支撑柱14与半导体基座1电连接；同理当设置有第二支撑柱16时，光栅层中的光栅支撑层10在第二支撑柱16处则不需要延伸至像元层，该第二支撑柱16的底端通常与像元层中的钝化保护层9相接触，第二支撑柱16的顶端通常需要与光栅层的光栅支撑层10相接触。
通常情况下，上述第一支撑柱14以及第二支撑柱16均为实心的柱状结构，且第一支撑柱14沿轴线方向的尺寸大体相等，相应的上述第二支撑柱16沿轴线方向的尺寸也大体相等。具体的，在本发明实施例中，所述第一支撑柱14为通过钨填充工艺制备的金属柱；所述第二支撑柱16为通过钨填充工艺制备的金属柱。即第一支撑柱14具体可以是通过钨填充工艺所制备的金属柱，该第一支撑柱14的材料可以是钨、铜、铝、金、钛和氮化钛等，该第一支撑柱14的直径通常为0.1μm至1.2μm，包括端点值；第一支撑柱14的高度通常为0.5μm至2.5μm，包括端点值。相应的，第二支撑柱16具体可以是通过钨填充工艺所制备的金属柱，该第二支撑柱16的材料可以是钨、铜、铝、金、钛和氮化钛等，该第二支撑柱16的直径通常为0.1μm至1.2μm，包括端点值；第二支撑柱16的高度通常为0.5μm至2.5μm，包括端点值。通常情况下，第一支撑柱14与第二支撑柱16之间可以设置绝缘材料层15，保证第一支撑柱14与第二支撑柱16电绝缘。通过设置支撑柱作为桥墩，大幅度缩小了桥墩的面积，可以有效提高像元层和光栅层的填充因子。同时可以提高光栅层的平整度，保证了光栅111偏振结构的周期性的完整。
当然，在本发明实施例中，所述第一桥墩也可以呈空心结构，和/或所述第二桥墩也可以呈空心结构。即上述第一桥墩以及第二桥墩也均可以为传统的空心桥墩结构，使得现有的像元制备工艺可以兼容制备本发明实施例所提供的一种非制冷红外偏振探测像元结构。
参见图5，具体的，在本发明实施例中，所述光栅层设置有贯穿所述光栅层的释放通道13，用于牺牲层的释放。通常情况下，该释放通道13通常位于光栅层的中心，该释放通道13的直径通常在0.5μm至3μm，包括端点值。当然，上述释放通道还可以设置在光栅层的其他位置，例如靠近某一通光区域等位置均可，在此不做具体限定。请参考图7，参见图8以及图9，具体的，在本发明实施例中设置于通光区域的光栅111通常为金属光栅111，而构成光栅111的光栅条通常为金属条。作为优选的，在本发明实施例中所述释放通道13可以具***于所述光栅111中相邻光栅条之间的间隙。即在本发明实施例中相邻光栅条之间可以设置有贯穿光栅层的缝隙，通常需要在全部光栅条之间设置该缝隙，所述缝隙就可以作为释放通道13实现牺牲层的释放。当将释放通道13设置于光栅111中相邻光栅条之间的间隙时，第一可以大幅增加牺牲层释放通道的面积，提高了牺牲层的释放效率；第二可以有效提高了所述光栅111的透光轴透过率，从而增强了像元层的响应率；第三是不再需要在光栅层中另开一个释放通道13，可以保证了光栅111偏振结构的周期性的完整，并降低了像元之间的光串扰，从而提高了非制冷红外偏振探测器的消光比。
作为优选的，在本发明实施例中，所述光栅111背向所述半导体基座1一侧表面设置有抗反射层12。该抗反射层12的材料可以是硅、锗、硫化锌、硒化锌、钛和氮化钛的其中之一或任意组合，该抗反射层12的加入可以减轻通光区域中光栅111的反射，提高了光栅111的透光轴透过率，从而提高了探测器的热响应率。有关抗反射层12的具体原理即相关内容可以参考现有技术，在此不再进行赘述。
本发明实施例所提供的一种非制冷红外偏振探测像元结构，通过设置第一支撑柱14以及第二支撑柱16，可以大幅度缩小了桥墩的面积，可以有效提高像元层和光栅层的填充因子；同时可以提高光栅层的平整度，保证了光栅111偏振结构的周期性的完整。通过设置释放通道13，可以有效增加牺牲层的释放速度；进一步将释放通道13设置在相邻光栅条之间的间隙，第一可以大幅增加牺牲层释放通道的面积，提高了牺牲层的释放效率；第二可以有效提高了所述光栅111的透光轴透过率，从而增强了像元层的响应率；第三是不再需要在光栅层中另开一个释放通道13，可以保证了光栅111偏振结构的周期性的完整，并降低了像元之间的光串扰，从而提高了非制冷红外偏振探测器的消光比；通过设置抗反射层12可以提高光栅111的透光轴透过率，从而提高探测器的热响应率。
有关本发明所提供的一种非制冷红外偏振探测像元结构的具体结构将在下述发明实施例中做详细介绍。
请参考图10以及图11，图10为现有技术所提供的非制冷红外探测像元中像元组内各像元的响应随入射光偏振角度变化而变化的关系图；图11本发明实施例所提供的一种非制冷红外偏振探测像元结构中像元组内各像元的响应随入射光偏振角度变化而变化的关系图。
区别于上述发明实施例，本发明实施例是在上述发明实施例的基础上，进一步的对非制冷红外偏振探测像元结构中像元组的结构进行具体限定，其余内容已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。
在本发明实施例中，非制冷红外偏振探测像元结构可以包括多个所述红外探测像元，呈矩形排列的四个所述红外探测像元构成一像元组，所述像元组设置有所述微光栅即在同一非制冷红外偏振探测像元结构中通常呈矩阵排列有多个上述红外探测像元以及微光栅，而在本发明实施例中通常会将相邻两行两列的四个红外探测像元组成一个像元组，每个像元组均设置有上述微光栅，该像元组内每个红外探测像元对应接收一个偏振方向的光线，通常情况下每个红外探测像元对应的通光区域中光栅111的角度均不相同。
在本发明实施例中具体提供三种像元组的具体结构，均可以实现非制冷红外偏振探测像元结构的功能。
第一种，所述预设偏振方向包括0°、45°、90°、135°，所述光栅层包括四个所述通光区域，所述像元层与所述通光区域均呈正八边形，四个所述通光区域中光栅111的透光轴方向与四个所述预设偏振方向一一对应。
即在本结构中一共设置有四个预设偏振方向，此时每个红外探测像元就可以与预设偏振方向一一对应。首先上述像元层以及通光区域需要均呈正八边形，之后对应该像元组的光栅层中一共设置有四个通光区域，每个通光区域需要与四个预设偏振方向一一对应，即四个通光区域中每个通光区域内光栅111需要对应上述四个预设偏振方向中的一个，且不重复。此时，一个像元组可以对预设四个偏振方向的光线进行响应，从而进行成像。
参见图10以及图11，其横坐标为入射光偏振方向，纵坐标为响应值。显然，现有技术中因结构问题带来的本征非均匀性一般＞10％，而本发明实施例所提供的一种非制冷红外偏振探测像元结构内各个像元的响应也基本上是一致的。
第二种，所述预设偏振方向包括0°、60°、120°，所述光栅层包括四个所述通光区域，所述像元层与所述通光区域均呈正六边形，三个所述预设偏振方向至少对应一所述通光区域中光栅111的透光轴方向，即四个所述通光区域中两个所述通光区域中光栅111的透光轴方向对应同一所述预设偏振方向，另两个所述通光区域中光栅111的透光轴方向与另两个所述预设偏振方向一一对应。
即在本结构中还是四个红外探测像元构成一像元组，在本结构中一共设置有三个预设偏振方向，但是该像元组同样对应四个通光区域。此时，通光区域以及像元层需要具体呈正六边形，而三个预设偏振方向至少对应一通光区域中光栅111的透光轴方向，即三个预设偏振方向中有两个预设偏振方向是分别仅对应一个通光区域，另一个预设偏振方向对应两个通光区域，即在本结构中有两个通光区域中的光栅111的设置角度相同，对应同一预设偏振方向。此时，一个像元组可以对预设三个偏振方向的光线进行响应，从而进行成像。
第三种，所述预设偏振方向包括0°、60°、120°，所述光栅层包括三个所述通光区域，所述像元层与所述通光区域均呈正六边形，三个所述通光区域中光栅111的透光轴方向与三个所述预设偏振方向一一对应。
与上一结构相比，在本结构中一共设置有三个预设偏振方向，同时一个像元组仅对应三个通光区域，其中三个红外探测像元与三个通光区域一一对应，最后一个红外探测像元不设置有上述微光栅，外界入射光可直接照射至红外探测像元上。此时，三个通光区域可以与三个预设偏振方向一一对应，此时上述像元层以及通光区域需要均呈正六边形，之后三个通光区域需要与三个预设偏振方向一一对应，即三个通光区域中每个通光区域内光栅111需要对应上述三个预设偏振方向中的一个，且不重复，而像元组中最后一个红外探测像元不设置上述微结构，直接接受入射光的照射。此时，一个像元组可以对预设三个偏振方向的光线进行响应，结合最后一个红外探测像元对入射光进行响应，从而进行成像。
具体的，在本发明实施例中，相邻所述通光区域之间具有阻挡光线入射所述红外探测像元的遮光区域112。即当光栅层中设置有多个通光区域时，具体可以在相邻通光区域之间设置阻挡入射光传播的遮光区域112，在遮光区域112中具体可以设置金属薄片来遮光。所述金属薄片可以起到遮挡多余入射光的作用，避免存在未经所述光栅111调制的入射光被像元层吸收，可有效提高非制冷红外偏振探测像元结构的消光比。
本发明实施例所提供的一种非制冷红外偏振探测像元结构，通过将光栅层的通光区域设置成对应偏振方向的正多边形，可以保证该通光区域中对应不同偏振方向的光栅111除偏振方向不同之外均具有相同的形貌，从而保证对于多个预设偏振方向该光栅层均具有相同的透过效率。通过将像元层设置成与透光区域相对应的正多边形，同时在像元层表面设置吸收单元8，可以排除像元层中电极71造成的偏振选择吸收特性的影响，使得红外探测像元的光吸收偏振不敏感，从而保证像元层对不同偏振方向的光线响应一致，避免响应非均匀性的问题。并且通过第二桥墩将光栅层架设于像元层上方使得光栅111与像元分离，可以避免光栅层大幅增加像元层的热容，从而可以保证像元层的响应速度，同时保证光栅层为一平整表面，保证光栅层周期性的完整，从而可以保证通光区域透光的均匀性。
本发明还提供一种非制冷红外偏振探测芯片，该非制冷红外偏振探测芯片具体设置有上述任一种发明实施例中所提供的非制冷红外偏振探测像元结构。有关非制冷红外偏振探测像元结构的详细内容请参照上述发明实施例，有关非制冷红外偏振探测芯片的其余结构可以参考现有技术，在此不再进行赘述。上述半导体基座1会在非制冷红外偏振探测芯片中形成读出电路，以读取非制冷红外偏振探测芯片中各个非制冷红外偏振探测像元结构所产生的信号。
本发明实施例所提供的非制冷红外偏振探测芯片，通过将光栅层的通光区域设置成对应偏振方向的正多边形，可以保证该通光区域中对应不同偏振方向的光栅111除偏振方向不同之外均具有相同的形貌，从而保证对于多个预设偏振方向的入射光该光栅层均具有相同的透过效率。通过将像元层设置成与透光区域相对应的正多边形，同时在像元层表面设置吸收单元8，可以排除像元层中电极71造成的偏振选择吸收特性的影响，使得红外探测像元的光吸收偏振不敏感，从而保证像元层对不同偏振方向的光线响应一致，避免响应非均匀性的问题。并且通过第二桥墩将光栅层架设于像元层上方使得光栅111与像元分离，可以避免光栅层大幅增加像元层的热容，从而可以保证像元层的响应速度，同时保证光栅层为一平整表面，保证光栅层周期性的完整，从而可以保证通光区域透光的均匀性。
本发明还提供一种非制冷红外偏振探测器，该非制冷红外偏振探测器具体安装有上述发明实施例中所提供的非制冷红外偏振探测芯片，具体设置有上述任一种发明实施例中所提供的非制冷红外偏振探测像元结构。有关非制冷红外偏振探测像元结构的详细内容请参照上述发明实施例，有关非制冷红外偏振探测器的其余结构可以参考现有技术，在此不再进行赘述。
本发明实施例所提供的非制冷红外偏振探测器，通过将光栅层的通光区域设置成对应偏振方向的正多边形，可以保证该通光区域中对应不同偏振方向的光栅111除偏振方向不同之外均具有相同的形貌，从而保证对于多个预设偏振方向的入射光该光栅层均具有相同的透过效率。通过将像元层设置成与透光区域相对应的正多边形，同时在像元层表面设置吸收单元8，可以排除像元层中电极71造成的偏振选择吸收特性的影响，使得红外探测像元的光吸收偏振不敏感，从而保证像元层对不同偏振方向的光线响应一致，避免响应非均匀性的问题。并且通过第二桥墩将光栅层架设于像元层上方使得光栅111与像元分离，可以避免光栅层大幅增加像元层的热容，从而可以保证像元层的响应速度，同时保证光栅层为一平整表面，保证光栅层周期性的完整，从而可以保证通光区域透光的均匀性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种非制冷红外偏振探测像元结构以及一种非制冷红外偏振探测器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (20)
1.一种非制冷红外偏振探测像元结构，其特征在于，包括半导体基座、红外探测像元以及微光栅；
所述红外探测像元包括第一桥墩和像元层，所述像元层通过所述第一桥墩架设于所述半导体基座一侧，所述像元层背向所述半导体基座的一侧表面设置有电极，所述电极通过连接线与所述第一桥墩与所述半导体基座电连接；
所述微光栅包括第二桥墩和光栅层，所述光栅层通过所述第二桥墩架设于所述红外探测像元背向所述半导体基座一侧，所述光栅层包括通光区域，所述通光区域沿预设偏振方向设置有光栅，所述通光区域呈正多边形，所述正多边形的边数为预设偏振方向数量的2n倍，n为正整数；所述光栅的透光轴方向与所述通光区域的预设边平行；
所述像元层呈所述正多边形且与所述通光区域相对应，所述像元层背向所述半导体基座的一侧表面设置有吸收单元，所述吸收单元使所述红外探测像元光吸收偏振不敏感；所述吸收单元用于平衡因所述电极引起的所述红外探测像元对不同偏振方向的偏振光线的吸收效率。
2.根据权利要求1所述的非制冷红外偏振探测像元结构，其特征在于，所述第一桥墩与所述第二桥墩相互重叠。
3.根据权利要求2所述的非制冷红外偏振探测像元结构，其特征在于，所述第一桥墩与所述第二桥墩电绝缘。
4.根据权利要求2所述的非制冷红外偏振探测像元结构，其特征在于，所述第一桥墩为第一支撑柱，和/或所述第二桥墩为第二支撑柱。
5.根据权利要求4所述的非制冷红外偏振探测像元结构，其特征在于，所述第一支撑柱为通过钨填充工艺制备的金属柱；所述第二支撑柱为通过钨填充工艺制备的金属柱。
6.根据权利要求2所述的非制冷红外偏振探测像元结构，其特征在于，所述第一桥墩呈空心结构，和/或所述第二桥墩呈空心结构。
7.根据权利要求1所述的非制冷红外偏振探测像元结构，其特征在于，所述光栅层设置有贯穿所述光栅层的释放通道。
8.根据权利要求7所述的非制冷红外偏振探测像元结构，其特征在于，所述释放通道位于所述光栅的相邻光栅条之间的间隙。
9.根据权利要求1所述的非制冷红外偏振探测像元结构，其特征在于，所述光栅背向所述半导体基座的一侧表面设置有抗反射层。
10.根据权利要求1至9任一项权利要求所述的非制冷红外偏振探测像元结构，其特征在于，所述吸收单元与所述电极相对于所述像元层中心呈中心对称分布，任一所述预设偏振方向均对应有所述吸收单元或所述电极，所述吸收单元与所述电极对于所述预设偏振方向的光线吸收相同。
11.根据权利要求10所述的非制冷红外偏振探测像元结构，其特征在于，所述吸收单元与所述电极的材质以及尺寸均相同。
12.根据权利要求1至9任一项权利要求所述的非制冷红外偏振探测像元结构，其特征在于，所述吸收单元对所述光线吸收偏振不敏感，且所述吸收单元对光线的吸收性能强于所述电极对光线的吸收性能。
13.根据权利要求1至9任一项权利要求所述的非制冷红外偏振探测像元结构，其特征在于，所述吸收单元对光线的偏振选择吸收与所述电极对光线的偏振选择吸收相互抵消。
14.根据权利要求1所述的非制冷红外偏振探测像元结构，其特征在于，包括多个所述红外探测像元，呈矩形排列的四个所述红外探测像元构成一像元组，所述像元组设置有所述微光栅。
15.根据权利要求14所述的非制冷红外偏振探测像元结构，其特征在于，所述预设偏振方向包括0°、45°、90°、135°，所述光栅层包括四个所述通光区域，所述像元层与所述通光区域均呈正八边形，四个所述通光区域中光栅的透光轴方向与四个所述预设偏振方向一一对应。
16.根据权利要求14所述的非制冷红外偏振探测像元结构，其特征在于，所述预设偏振方向包括0°、60°、120°，所述光栅层包括四个所述通光区域，所述像元层与所述通光区域均呈正六边形，四个所述通光区域中两个所述通光区域中光栅的透光轴方向对应同一所述预设偏振方向，另两个所述通光区域中光栅的透光轴方向与另两个所述预设偏振方向一一对应。
17.根据权利要求14所述的非制冷红外偏振探测像元结构，其特征在于，所述预设偏振方向包括0°、60°、120°，所述光栅层包括三个所述通光区域，所述像元层与所述通光区域均呈正六边形，三个所述通光区域中光栅的透光轴方向与三个所述预设偏振方向一一对应。
18.根据权利要求15至17任一项所述的非制冷红外偏振探测像元结构，其特征在于，相邻所述通光区域之间具有阻挡光线入射所述红外探测像元的遮光区域。
19.一种非制冷红外偏振探测芯片，其特征在于，包括如权利要求1至18任一项权利要求所述的非制冷红外偏振探测像元结构。
20.一种非制冷红外偏振探测器，其特征在于，包括如权利要求1至18任一项权利要求所述的非制冷红外偏振探测像元结构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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