CN114739519A - 探测器的封装盖板及其制备方法、探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种探测器的封装盖板及其制备方法、探测器，涉及微电子领域，用于改善目标物体红外辐射对参考像元结构的影响。探测器包括多个有效像元结构和多个参考像元结构。封装盖板包括盖板主体和红外吸收结构。红外吸收结构用于吸收射向由所述探测器的外部多个参考像元结构的红外辐射。本发明实施例提供的封装盖板，可以改善目标物体红外辐射对探测器中的参考像元结构的影响，从而使探测器能够更好地利用参考像元结构来消除半导体衬底的温度对有效像元结构产生的影响，提高探测精度。
Description
技术领域
本发明涉及微电子领域，尤其涉及一种探测器的封装盖板及其制备方法、探测器。
背景技术
微测辐射热计是最具代表性的非制冷红外焦平面探测器，微辐射热计的像元采用通过MEMS（Micro-Electro-Mechanical System,微电子机械***）技术制作的微桥结构，微桥结构的桥面由吸收红外辐射能量的吸收层及对红光敏感的热敏电阻层（通常是非晶硅或者氧化钒）组成，桥墩和桥臂起支撑和电连接的功能。当红外辐射入射至像元桥面时，热敏电阻的阻值会随温度发生变化，通过相应的CMOS（Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体）读出电路（ReadOut Integrated Circuit ，ROIC）检测其变化量并转换成相应的电学信号输出，从而判断外界红外辐射强度大小，同时通过目标物体和背景信息辐射度的不同，来对目标物体信息进行获取。然而，微测辐射热计的热敏电阻的阻值不仅与目标物体红外辐射的变化相关，还受当前衬底温度的影响，由于目标物体的红外辐射只引起微小的温度变化，所以衬底温度的存在将严重影响探测器对目标物体红外辐射的探测。
发明内容
本发明的实施例采用如下技术方案：
第一方面，本发明的实施例提供了一种探测器的封装盖板，探测器包括多个有效像元结构和多个参考像元结构。封装盖板包括盖板主体和红外吸收结构。红外吸收结构位于盖板主体的一侧，用于吸收射向多个参考像元结构的红外辐射。在探测器上使用本实施例的封装盖板时，红外吸收结构不影响外界目标物体对有效像元结构的红外辐射，但能够吸收外界目标物体对参考像元结构的红外辐射，使参考像元结构对外界目标物体的辐射无响应。这样一来，探测器中的参考像元结构仅受半导体衬底温度和焦耳升温的影响，而有效像元结构除了受半导体衬底温度和焦耳升温的影响之外，还会受到外界目标物体红外辐射的影响。通过参考像元结构与有效像元结构之间的信号差异即可获得外界目标物体的红外辐射。即，采用本实施例的封装盖板，能够有效消除探测器中半导体衬底温度及焦耳温升对有效像元结构带来的影响，以准确获取目标物体的绝对红外辐射。
可选的，红外吸收结构为超表面吸收结构。超表面吸收结构包括第一金属层、绝缘介质层和第二金属层。第一金属层位于封装盖板远离半导体衬底的一侧。绝缘介质层位于第一金属层远离封装盖板的一侧。第二金属层位于绝缘介质层远离第一金属层的一侧。第二金属层包括多个间隔设置的柱状结构。此时，柱状结构在的绝缘介质层上正投影的形状可以是规则图形，也可以是不规则图形。如此设置，本实施例的红外吸收结构构成了一种金属-绝缘体-金属（Metal-Insulator-Metal，MIM）谐振结构，可实现红外区域宽波带（例如8μm~14μm）的高吸收。此时，整个红外吸收结构可以被看作是一个谐振腔。当入射光穿透第二金属层时，第一金属层可以充当一个反射镜面的作用，能够反射第一金属层与绝缘介质层之间的界面激发的表面等离激元极化波。同时，第二金属层层中的多个柱状结构也会充当多个局部反射镜面的作用，反射第二金属层与绝缘介质层之间的界面激发的表面等离激元极化波。使第一金属层与绝缘介质层之间的界面激发的表面等离激元极化波与第二金属层与绝缘介质层之间的界面之间激发的表面等离激元极化波发生相消干涉，从而激发谐振腔模式。通过合理的设计红外吸收结构的几何参数能够实现红外波段的高吸收。此外，本实施例的第二金属层包括多个间隔设置的柱状结构，多个柱状结构之间能够产生耦合效应，故能够提高对目标物体红外辐射的吸收率。
可选的，第一金属层的厚度大于目标物体红外辐射的趋肤深度δ；
其中，
为圆周率；
为红外吸收结构的工作频率；
为第一金属层的磁导率；
为第一金属层的电导率。本实施例中，通过设置第一金属层的厚度大于目标物体红外辐
射的趋肤深度，使得第一金属层的透射率可以近似为0，有效防止红外辐射通过红外吸收结
构。
可选的，至少一个柱状结构在绝缘介质层上的正投影的形状为规则图形。或者，至少一个柱状结构在绝缘介质层上正投影的形状为中心对称图形。或者，柱状结构在绝缘介质层上正投影的形状为圆形。柱状结构的半径为0.25μm ~2.5μm。
规则图形例如可以包括圆形、等边三角形、正方形及其他正多边形。本实施例中，柱状结构在绝缘介质层上的正投影的形状为规则图形能够降低入射角度对红外吸收结构的吸收性能的影响，即降低了柱状结构的吸收光谱对入射角度的敏感性。
中心对称图形例如可以包括圆形、正方形等。如此设置，能够具备良好的偏振性能，可降低入射角度对红外吸收结构的吸收性能的影响。
柱状结构在绝缘介质层上正投影的形状为圆形，柱状结构的半径为0.25μm ~2.5μm时，能够提高柱状结构对目标物体红外辐射的吸收率。
可选的，柱状结构的特征尺寸为亚波长量级，多个柱状结构周期性排列。其中，特征尺寸包括以下至少一者：柱状结构在平行于第一金属层的方向上的最大宽度；柱状结构在第一金属层上的正投影为多边形时，该多边形的最长边的长度；或者，柱状结构在垂直于第一金属层方向上的最大高度。
示例的，在柱状结构在绝缘介质层上正投影的形状为圆形时，柱状结构的特征尺寸可以包括该正投影的半径、柱状结构的高度中的至少一种；在柱状结构在绝缘介质层上正投影的形状为方形时，柱状结构的特征尺寸包括该正投影的边长、对角线距离、以及柱状结构的高度中的至少一种。
示例的，亚波长量级即比工作波长小一个量级（如0.1倍为一个量级），如工作波长为8μm ~14μm，则柱状结构的特征尺寸为0.8μm ~1.4μm，具体可以视工作波长而调节。
示例的，周期性排列包括方形阵列、环形阵列等。
如此设置，柱状结构的特征尺寸在亚波长量级且周期性排列，可以使第二金属层等效为一种可以吸收红外辐射的均匀介质。进而能够通过等效介质理论分析第二金属层的电磁特性，以得到第二金属层的电磁特性参数。之后，通过对柱状结构的结构特征进行设计，例如改变柱状结构的形状、特征尺寸以及材料等，可以对第二金属层的等效介电常数和磁导率进行控制和调制，以实现柱状结构的等效介电常数和等效磁导率相等。此时，第二金属层的阻抗与真空中电磁波的波阻抗相等，实现第二金属层和周围的空气介质阻抗匹配，使得入射电磁波能够毫无阻碍地通过第二金属层，反射率近似为0。
可选的，所述盖板主体的材质包括硅或锗中的至少一种。
可选的，所述第二金属层的厚度为0.01μm ~0.1μm。也即，各个柱状结构的高度为0.01μm ~0.1μm。可以理解的是，采用较薄的第二金属层时，红外吸收结构的损耗低，吸收性能低。为了实现红外吸收结构的高损耗和高吸收，第二金属层应该尽量厚。但是，为了实现耦合效应，第二金属层应该尽量薄。所以，根据工作需求，对第二金属层取一个折中的厚度范围0.01μm ~0.1μm。第二金属层的厚度在这个范围内时，红外吸收结构的吸收性能和耦合效应能够满足工作需求。
可选的，第一金属层的材质包括钛或金中的至少一种。
第二金属层的材质包括钛或金中的至少一种。
钛（Ti）在红外波段具有高损耗特性，可增强对红外辐射的吸收，如此设置能够提高第一金属层和第二金属层的红外辐射吸收率。金（Au）具有较好的反射率，能够使第一金属层和第二金属层之间具有较高的反射率。
可选的，绝缘介质层的材质包括二氧化硅或锗中的至少一种。
可选的，封装盖板还包括减反增透膜。减反增透膜位于盖板主体的远离红外吸收结构的表面，或与红外吸收结构位于盖板主体的同一侧表面上。减反增透膜在盖板主体上的正投影与红外吸收结构在盖板主体上的正投影不交叠。减反增透膜能够减少或消除光学表面的反射光，从而增加元件的透光量，减少或消除***的杂散光。如此设置，能够降低封装盖板对外界目标物体红外辐射的反射率，并提高透射率。
可选的，减反增透膜在探测器的半导体衬底上的正投影覆盖多个有效像元结构。如此设置，能够使目标物体的红外辐射更有效的辐射到有效像元结构上。
第二方面，本发明的实施例提供了一种封装盖板的制备方法，包括：
在盖板主体的一侧形成第一金属层；
在所述第一金属层的远离所述盖板主体的一侧形成绝缘介质层；
在所述绝缘介质层的远离所述第一金属层的一侧形成第二金属层；
对所述第二金属层进行图案化处理，形成多个柱状结构。
本发明的实施例提供的封装盖板的制备方法，能够制备出上述第一方面的探测器的封装盖板，上述探测器的封装盖板可以改善目标物体红外辐射对探测器中的参考像元结构的影响，从而使探测器能够更好地利用参考像元结构来消除半导体衬底的温度对有效像元结构产生的影响，提高探测精度。
可选的，所述方法还包括：在盖板主体的表面上形成减反增透膜。使所述减反增透膜在盖板主体上的正投影与第一金属层在盖板主体上的正投影不交叠，且使所述减反增透膜在半导体衬底上的正投影能覆盖多个有效像元结构。
第三方面，本发明的实施例提供了一种探测器。探测器包括半导体衬底、多个有效像元结构、多个参考像元结构和上述的封装盖板。多个有效像元结构位于半导体衬底的一侧，且与读出电路电连接。多个参考像元结构与多个有效像元结构位于半导体衬底的同一侧，且多个参考像元结构与读出电路电连接。多个参考像元结构在半导体衬底上的正投影，与多个有效像元结构在半导体衬底上的正投影不交叠。封装盖板位于多个有效像元结构和多个参考像元结构的远离半导体衬底的一侧。其中，红外吸收结构在半导体衬底上的正投影，覆盖多个参考像元结构，且未覆盖多个有效像元结构。
需要说明的是，有效像元结构的温度变化不仅受目标物体红外辐射的影响，也受到半导体衬底温度以及焦耳升温的影响，而且相对于由吸收目标物体红外辐射引起的有效像元结构的温度变化，半导体衬底温度引起的有效像元结构的温度变化要大许多倍，所以，半导体衬底温度的存在将严重影响探测器对目标物体红外辐射的探测。因此，本实施例设置了参考像元结构，可以利用参考像元结构与有效像元结构之间的信号差异，消除半导体衬底温度以及焦耳升温对有效像元结构的影响。
此外，本实施例的封装盖板上设置了红外吸收结构。红外吸收结构在半导体衬底上的正投影覆盖多个参考像元结构，且未覆盖多个有效像元结构。如此设置，红外吸收结构能够吸收外界目标物体对参考像元结构的红外辐射，使参考像元结构对外界目标物体的辐射无响应。但红外吸收结构不影响外界目标物体对有效像元结构的红外辐射。这样一来，参考像元结构仅受半导体衬底温度和焦耳升温的影响，而有效像元结构除了受半导体衬底温度和焦耳升温的影响之外，还会受到外界目标物体红外辐射的影响。通过参考像元结构与有效像元结构之间的信号差异即可获得外界目标物体的红外辐射，即，本实施例通过设置红外吸收结构及参考像元结构，有效消除半导体衬底温度及焦耳温升对有效像元结构带来的影响，以准确获取目标物体的绝对红外辐射。
可选的，半导体衬底与封装盖板之间的高度为h。红外吸收结构在半导体衬底上的正投影为第一投影，多个参考像元结构在半导体衬底上的正投影为第二投影，多个有效像元结构在半导体衬底上的正投影为第三投影。第二投影位于第一投影内，第三投影位于第一投影外。第一投影的边界上的任一点，到第二投影的边界的最小距离d1为1.5h~2.5h。第一投影的边界上的任意一点，到第三投影的边界的最小距离d2为1.5h~3.5h。如此设置，能够避免多个参考像元结构接收到外界目标物体辐射，并避免红外吸收结构对有效像元结构的影响，保证多个有效像元结构能够正常工作。
可选的，多个有效像元结构呈多行、多列排布，组成有效像元阵列。多个参考像元结构包括多个第一参考像元结构和多个第二参考像元结构。多个第一参考像元结构呈多列排布，组成第一参考像元阵列。第一参考像元阵列位于有效像元阵列沿列方向的一侧或两侧。多个第二参考像元结构呈多行排布，组成第二参考像元阵列。第二参考像元阵列位于有效像元阵列沿行方向的一侧或两侧。
可以理解的，有效像元阵列具备一定的长度和宽度，其中的每个有效像元结构在半导体衬底上的位置不同，每个有效像元结构所在位置的衬底温度会有差异。使多个第一参考像元结构形成第一参考像元阵列，位于有效像元阵列沿列方向的一侧或两侧，能够抵消沿行方向排列的各列有效像元结构之间的温度差异。使多个第二参考像元结构形成第二参考像元阵列，位于有效像元阵列沿行方向的一侧或两侧，能够抵消沿列方向排列的各行有效像元结构之间的温度差异。进而，准确获取目标物体的绝对红外辐射。
其中，第一参考像元阵列中的各列，与有效像元阵列中的各列并排设置。第二参考像元阵列中的各行，与有效像元阵列中的各行并排设置。设置第一参考像元阵列用于消除有效像元阵列沿行方向排列的各列有效像元结构之间的温度差异，设置第二参考像元阵列用于消除有效像元阵列沿列方向排列的各行有效像元结构之间的温度差异，进而能够通过第一参考像元阵列和第二参考像元阵列的配合有效消除半导体衬底温度对有效像元阵列的影响。
其中，第一参考像元阵列的列数与有效像元阵列的列数相等；第二参考像元阵列的行数与有效像元阵列的行数相等。和/或，第一参考像元阵列的行数大于或等于10行；第二参考像元阵列的列数大于或等于10列。如此设置，使第一参考像元阵列能够更有效的抵消沿行方向排列的各列有效像元结构的温度差异，使第二参考像元阵列能够更有效的抵消沿列方向排列的各行有效像元结构的温度差异。
可选的，第一参考像元阵列位于有效像元阵列沿列方向的一侧。第二参考像元阵列位于有效像元阵列沿行方向的一侧。红外吸收结构包括第一部分和第二部分。第一部分在半导体衬底上的正投影为第一子投影，第一参考像元阵列在半导体衬底上的正投影为第三子投影。第三子投影位于第一子投影内。第二部分在半导体衬底上的正投影为第二子投影。第二参考像元阵列在半导体衬底上的正投影为第四子投影。第四子投影位于第二子投影内。其中，第三子投影的边界上的任一点，到第一子投影的边界的最小距离为d3，d3的取值范围为1.5h~2.5h，第四子投影的边界上的任一点，到第二子投影的边界的最小距离为d4，d4的取值范围为1.5h~2.5h。
如此设置，能够更有效地使第一参考像元阵列和第二参考像元阵列无法接收到外界目标物体红外辐射，更有效地避免外界目标物体红外辐射对第一参考像元阵列和第二参考像元阵列造成影响。
可选的，半导体衬底与封装盖板之间的高度为h。有效像元阵列在半导体衬底上的正投影为第三投影。第一子投影的边界上的任一点，到第三子投影的边界的最小距离d11；第一子投影的边界上的任意一点，到第三投影的边界的最小距离为d21。d11的取值范围为1.5h~2.5h。d21的取值范围为1.5h~3.5h。第二子投影的边界上的任一点，到第四子投影的边界的最小距离为d12；第二子投影的边界上的任意一点，到第三投影的边界的最小距离为d22。d12的取值范围为1.5h~2.5h；d22的取值范围为1.5h~3.5h。如此设置，能够更有效地避免红外吸收结构对有效像元阵列的影响，更有效地保证有效像元阵列能够正常工作。
可选的，半导体衬底与封装盖板之间的高度h为20μm ~500μm。如此设置，使目标物体的红外辐射能够更有效地辐射到有效像元结构上。
可选的，封装盖板包括盖板主体和红外吸收结构；盖板主体与半导体衬底连接，且在半导体衬底与盖板主体之间形成容纳腔；多个有效像元结构和多个参考像元结构均位于容纳腔内；红外吸收结构位于盖板主体的远离半导体衬底的一侧。本实施例中，外吸收结构位于盖板主体的远离半导体衬底的一侧，便于加工。
可选的，探测器还包括第一金属环、第二金属环和焊料环。第一金属环位于盖板主体靠近半导体衬底一侧的表面上。第二金属环位于半导体衬底靠近所述盖板主体一侧的表面上，第二金属环将有效像元结构和参考像元结构环绕在内。焊料环连接于第一金属环与第二金属环之间，在盖板主体、半导体衬底与焊料环之间形成容纳腔。本实施例中，通过第一金属环和第二金属连接焊料环，不仅能够提高焊料环熔化时的浸润性，又能够阻挡焊料环扩散浸润，避免焊料环与封装盖板接触。
可选的，容纳腔为真空腔。本实施例中，利用封装盖板在封装盖板与半导体衬底之间形成真空腔（示例的，真空度可以小于或等于0.01mbar），并将多个有效像元结构和多个参考像元结构封装于容纳腔内，避免了有效像元结构和参考像元结构与空气热交换，减少了空气热传导对有效像元结构和参考像元结构的响应及灵敏度的影响。此外，将多个有效像元结构和多个参考像元结构封装于容纳腔内，还能够避免外部环境中的水分及灰尘等物质对有效像元结构和参考像元结构的影响，延长了探测器的使用寿命。
可选的，有效像元结构与参考像元结构相同。如此设置，使有效像元结构与参考像元结构具备相同的热导、热容及热绝缘性能，通过参考像元可有效消除半导体衬底温度及焦耳温升对有效像元结构的影响。
可选的，探测器还包括读出电路；多个有效像元结构和多个参考像元结构与读出电路电连接。
第四方面，本发明的实施例提供了一种探测器的制备方法。制备方法包括：
在半导体衬底的同一侧形成多个有效像元结构和多个参考像元结构；多个参考像元结构在半导体衬底上的正投影，与多个有效像元结构在半导体衬底上的正投影不交叠；半导体衬底包含读出电路；多个参考像元结构和多个有效像元结构均与读出电路电连接；
在封装盖板的一侧形成红外吸收结构；
将封装盖板与半导体衬底结合，形成容纳腔，使多个有效像元结构和多个参考像元结构位于容纳腔内，红外吸收结构在半导体衬底上的正投影，覆盖多个参考像元结构，且未覆盖多个有效像元结构。
本发明的实施例提供的探测器的制备方法能够制备出上述第三方面的探测器，因此具备上述第一方面的全部有益效果，在此不再赘述。
可选的，所述将封装盖板与半导体衬底结合，包括：在封装盖板的一侧形成第一金属环；在半导体衬底的一侧形成第二金属环；形成焊料环，焊料环连接第一金属环与第二金属环，以将封装盖板与半导体衬底结合。
本方案中，首先在封装盖板的一侧形成第一金属环、在半导体衬底的一侧形成第二金属环，再涂覆焊料形成焊料环，既能增加焊料熔化时的浸润性，又能阻挡焊料扩散浸润，避免焊料与封装盖板接触。
附图说明
图1为根据本发明一些实施例的探测器的整体结构图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为根据本发明一些实施例的在封装盖板上设置红外吸收结构的结构图；
图4为根据本发明一些实施例的外界目标物体红外辐射在探测器焦平面的辐射区域示意图；
图5为根据本发明一些实施例的半导体衬底的俯视图；
图6为根据本发明一些实施例的有效像元阵列、参考像元阵列及红外吸收结构在半导体衬底上的投影图；
图7为根据本发明一些实施例的一种探测器的结构图；
图8为根据本发明一些实施例的又一种探测器的结构图；
图9为根据本发明一些实施例的一种探测器的封装盖板的制备方法的流程图；
图10~图13为根据本发明一些实施例的封装盖板的制备过程示意图；
图14为根据本发明一些实施例的另一种探测器的封装盖板的制备方法的流程图；
图15为根据本发明一些实施例的一种探测器的制备方法的流程图；
图16为根据本发明一些实施例的另一种探测器的制备方法的流程图；
图17~图23为根据本发明一些实施例的探测器的制备过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1为根据本发明一些实施例的探测器的整体结构图。图2为图1的A-A剖视图。
本发明的一些实施例提供了一种探测器100。可以理解地，探测器100是一种将目标物体的入射红外辐射转换为电学信号的传感器。本实施例对探测器100的具体用途不做进一步限定。下面继续对探测器100 的结构进行举例说明。
请参阅图1和图2，探测器100包括半导体衬底101、多个有效像元结构102、多个参考像元结构103和封装盖板200。
多个有效像元结构102位于半导体衬底101的一侧。多个参考像元结构103与多个有效像元结构102位于半导体衬底101的同一侧。多个参考像元结构103在半导体衬底101上的正投影，与多个有效像元结构102在半导体衬底101上的正投影不交叠。
封装盖板200位于多个有效像元结构102和多个参考像元结构103的远离半导体衬底101的一侧。示例的，参阅图1和图2，封装盖板200可以与半导体衬底连接，形成容纳腔105。多个参考像元结构103与多个有效像元结构102可以位于容纳腔105内。
本发明的一些实施例提供了一种探测器的封装盖板200。该封装盖板200能够用于上述的探测器100。当然，可以理解地，该封装盖板200还可以应用于其他类型的探测设备中，此处不作限制。
请参阅图2，封装盖板200包括盖板主体104和红外吸收结构106。红外吸收结构106位于盖板主体104的一侧。红外吸收结构106用于吸收由探测器100的外部射向多个参考像元结构103的红外辐射。
在一些示例中，参阅图2，封装盖板200位于多个有效像元结构102和多个参考像元结构103的远离半导体衬底101的一侧。其中，红外吸收结构106在半导体衬底101上的正投影，覆盖多个参考像元结构103，且未覆盖多个有效像元结构102。
示例的，盖板主体104的晶圆材料包括硅（Si）或锗（Ge）中的至少一种。需要说明的是，硅或锗作为盖板主体104的主成分，元素的含量可达98%左右，另外可含有少量杂质，如铁、铝、钙等。
在本实施例中，外界目标物体的红外辐射无法通过红外吸收结构106，因此不能作用于参考像元结构103，即参考像元结构103对外界目标物体红外辐射无响应。但外界目标物体的红外辐射能够通过盖板主体104作用于多个有效像元结构102。通过红外吸收结构106及参考像元结构103的配合，有效消除半导体衬底101温度及焦耳温升对有效像元结构102带来的影响，能够准确获取目标物体的绝对红外辐射。
在一些实施例中，红外吸收结构106为超表面吸收结构。
在一些示例中，参阅图3，超表面吸收结构包括第一金属层1063、绝缘介质层1064和第二金属层1065。第一金属层1063位于盖板主体104远离半导体衬底101的一侧。绝缘介质层1064位于第一金属层1063远离盖板主体104的一侧。第二金属层1065位于绝缘介质层1064远离第一金属层1063的一侧。第二金属层1065包括多个间隔设置的柱状结构10651。
示例的，第一金属层1063的材质包括钛（Ti）、金（Au）中的至少一种。
示例的，第二金属层1065的材质包括钛（Ti）、金（Au）中的至少一种。
钛（Ti）在红外波段具有高损耗特性，可增强对红外辐射的吸收，如此设置能够提高第一金属层1063和第二金属层1065的红外辐射吸收率。金（Au）具有较好的反射率，如此设置能够使第一金属层1063和第二金属层1065之间具有较高的反射率。
示例的，第二金属层1065与第一金属层1063的材质相同。在其他示例中，第二金属层1065也可以与第一金属层1063的材质不同。
示例的，绝缘介质层1064的材质包括二氧化硅（SiO2）、锗（Ge）等。
本实施例的红外吸收结构106构成了金属-绝缘体-金属（Metal-Insulator-Metal，MIM）谐振结构的周期性阵列。当入射光穿透第二金属层1065时，第一金属层1063充当一个反射镜面的作用，能够反射第一金属层1063与绝缘介质层1064之间的界面激发的表面等离激元极化波。同时，第二金属层1065中的多个柱状结构10651也会充当多个局部反射镜面的作用，反射第二金属层1065与绝缘介质层1064之间的界面激发的表面等离激元极化波。使第一金属层1063与绝缘介质层1064之间的界面激发的表面等离激元极化波与第二金属层1065与绝缘介质层1064之间的界面之间激发的表面等离激元极化波发生相消干涉，从而激发谐振腔模式。通过合理的设计MIM吸收器的几何参数能够实现红外波段的高吸收。
在本实施例中，第二金属层1065包括多个间隔设置的柱状结构10651。每个柱状结构10651与该柱状结构10651正下方的绝缘介质层1064及第一金属层1063形成一个谐振腔结构，多个谐振腔结构之间能够产生耦合效应，所以能够有效提高红外吸收结构106对目标物体红外辐射的吸收率。此时，柱状结构10651在的绝缘介质层1064上正投影的形状可以是规则图形，也可以是不规则图形。
在一些实施例中，参阅图3，第一金属层1063的厚度n1大于目标物体红外辐射的趋肤深度。趋肤深度δ的计算方式为：
其中，
为圆周率；
为红外吸收结构的工作频率；
为第一金属层1063的磁导
率；
为第一金属层1063的电导率。趋肤深度为目标物体红外辐射进入第一金属层1063的
深度，第一金属层1063的厚度n1大于目标物体红外辐射的趋肤深度，则第一金属层1063的
透射率可以近似为0，有效防止红外辐射通过红外吸收结构。
在一些实施例中，参阅图3，至少一个柱状结构10651在绝缘介质层1064上的正投影的形状为规则图形。规则图形例如可以包括圆形、三角形、正方形等其他正多边形。
当柱状结构10651在绝缘介质层1064上正投影的形状为规则图形时，能够降低入射角度对红外吸收结构的吸收性能的影响，即，降低红外吸收结构的吸收光谱对入射角度的敏感性。
在一些实施例中，参阅图3，至少一个柱状结构10651在的绝缘介质层1064上正投影的形状为中心对称图形。中心对称图形例如可以包括圆形、正方形等。可以理解的是，如此设置，柱状结构10651在的绝缘介质层1064上正投影的形状为中心对称图形时，能够具备良好的偏振性能，可降低入射角度对红外吸收结构的吸收性能的影响。
在一些实施例中，参阅图3，柱状结构10651在绝缘介质层1064上正投影的形状为圆形。柱状结构10651的半径R1为0.25μm~2.5μm。柱状结构10651的半径R1为0.25μm~2.5μm时，对应的工作波长范围为2.5μm ~25μm。如此设置，能够扩大柱状结构10651对目标物体红外辐射的吸收范围，提高吸收率。
示例的，相邻两个柱状结构10651之间的距离L相等。如此设置能够使第二金属层1065的结构更加均匀，有利于产生耦合效应。
在一些实施例中，参阅图3，柱状结构10651的特征尺寸为亚波长量级，多个柱状结构10651周期性排列。其中，特征尺寸包括以下至少一者：柱状结构10651在平行于第一金属层1063的方向上的最大宽度；柱状结构10651在第一金属层1063上的正投影为多边形时，该多边形的最长边的长度；或者，柱状结构10651在垂直于第一金属层1063方向上的最大高度。
示例的，在柱状结构10651在绝缘介质层1064上正投影的形状为圆形时，柱状结构10651的特征尺寸可以包括该正投影的半径、柱状结构10651的高度中的至少一种；在柱状结构10651在绝缘介质层1064上正投影的形状为方形时，柱状结构10651的特征尺寸包括该正投影的边长、对角线距离、以及柱状结构10651的高度中的至少一种。
示例的，亚波长量级即比工作波长小一个量级（如0.1倍为一个量级），如工作波长为8μm -14μm，则柱状结构的特征尺寸为0.8μm ~1.4μm，具体可以视工作波长而调节。
示例的，周期性排列包括方形阵列、环形阵列等。
在本实施例中，柱状结构10651的特征尺寸在亚波长量级且周期性排列，可以使第二金属层1065等效为一种可以吸收红外辐射的均匀介质。进而能够通过等效介质理论分析第二金属层1065的电磁特性，以得到第二金属层1065的电磁特性参数。之后，通过对柱状结构10651的结构特征进行设计，例如改变柱状结构10651的形状、特征尺寸以及材料等，可以对第二金属层1065的等效介电常数和磁导率进行控制和调制，以实现等效介电常数和等效磁导率相等。此时，第二金属层1065的阻抗与真空中电磁波的波阻抗相等，实现第二金属层1065和周围的空气介质阻抗匹配，使得入射电磁波能够毫无阻碍地通过第二金属层1065，反射率近似为0。
在一些实施例中，参阅图3，第二金属层1065的厚度n2通常为0.01μm ~0.1μm。也即，各个柱状结构的高度为0.01μm ~0.1μm。可以理解的是，采用较薄的第二金属层1065时，红外吸收结构106的损耗低，吸收性能低，为了高损耗高吸收，第二金属层1065应该尽量厚。但是，为了耦合效应，第二金属层1065应该尽量薄。所以，根据吸收器的工作需求，对第二金属层1065取一个折中的厚度值范围：0.01μm ~0.1μm。在这个范围内，红外吸收结构106的吸收率和耦合效应能够满足工作需求。
在一些实施例中，参阅图3，绝缘介质层1064的厚度n3通常为0.1μm ~1μm。绝缘介质层1064的厚度能够影响第一金属层1063和第二金属层1065之间、表面等离激元和光波的共振强度，对吸收性能的影响最大，是控制红外吸收结构最大吸收值和反射系数的关键因素。具体公式如下：
其中，λ res是谐振波长，n是绝缘介质层的折射率，d是绝缘介质层的厚度，
是第二金属层的反射波的相移，
是第一金属层的反射波的相移，m代表红外吸收结构的吸收阶数，m为整数。
由上述公式可以推导出，在其他参数不变的情况下，m越大，则λ越小。即红外吸收结构的吸收阶数越高，谐振波的波长越小。在其他参数不变的情况下，增加n或d，λ也增加。即增加绝缘介质层的折射率或厚度，谐振波的波长变大（即红移）。在其他参数不变的情况下，增加d，则m也会变大。即增加绝缘介质层的厚度，会激发出红外吸收结构的多阶吸收模式，促进光的吸收。本实施例中，绝缘介质层1064的厚度n3为0.1μm ~1μm时，谐振波的波长和吸收率能够满足工作需要。
在一些实施例中，参阅图7和图8，盖板主体104还包括减反增透膜110。减反增透膜110位于盖板主体104的远离红外吸收结构106的表面。或与红外吸收结构106位于盖板主体104的同一侧表面上。减反增透膜110在盖板主体104上的正投影与红外吸收结构106在盖板主体104上的正投影不交叠。
示例的，减反增透膜110在半导体衬底101上的正投影覆盖多个有效像元结构102。
示例的，参阅图7，减反增透膜110位于盖板主体104的远离红外吸收结构106的表面上。
示例的，参阅图8，减反增透膜110与红外吸收结构106位于盖板主体104的同一侧表面上。
减反增透膜110可以是一种应用范围很广的光学镀层，主要功能是减少或消除盖板主体表面的反射光，从而增加透光量，减少或消除***的杂散光。示例的，减反增透膜110的材质包括氧化硅、氮化硅、二氧化钛等。示例的，减反增透膜110的制备方法可以包括化学气相沉积法和溅射法等。这样设置，能够降低盖板主体104对目标物体红外辐射的反射率，提高目标物体红外辐射的透射率。
在一些实施例中，参阅图4，半导体衬底101与盖板主体104之间的高度为h。
示例的，h的取值范围为20μm ~500μm。如此设置，能够使目标物体的红外辐射能够更有效地辐射到有效像元结构上。
在一些示例中，请参阅图4和图6，盖板主体104上的红外吸收结构106在半导体衬底101上的正投影为第一投影1060，多个参考像元结构103在半导体衬底101上的正投影为第二投影1030，多个有效像元结构102在半导体衬底101上的正投影为第三投影10211。第二投影1030位于第一投影内1060，第三投影10211位于第一投影1060外。第一投影1060的边界上的任一点，到第二投影1030的边界的最小距离d1为1.5h~2.5h。第一投影1060的边界上的任意一点，到第三投影10211的边界的最小距离d2为1.5h~3.5h。
在一些实施例中，参阅图5，多个有效像元结构102呈多行、多列排布，组成有效像元阵列1021。多个参考像元结构103形成第一参考像元阵列1031和第二参考像元阵列1032。第一参考像元阵列1031位于有效像元阵列1021沿列方向的一侧或两侧。第二参考像元阵列1032位于有效像元阵列1021沿行方向的一侧或两侧。
示例的，如图5所示，第一参考像元阵列1031位于有效像元阵列1021沿列方向的一侧；第二参考像元阵列1032位于有效像元阵列1021沿行方向的一侧。
可以理解的，有效像元阵列1021具备一定的长度和宽度，其中的每个有效像元结构102在半导体衬底101上的位置不同，每个有效像元结构102所在位置的半导体衬底101温度会有差异。本实施例中，使多个参考像元结构103形成第一参考像元阵列1031和第二参考像元阵列1032。第一参考像元阵列1031位于有效像元阵列1021沿列方向的一侧或两侧，能够抵消沿行方向排列的各列有效像元结构102之间的温度差异。第二参考像元阵列1032位于有效像元阵列1021沿行方向的一侧或两侧，能够抵消沿列方向排列的各行有效像元结构102之间的温度差异。综上，本实施例通过第一参考像元阵列1031和第二参考像元阵列1032的配合能够抵消有效像元阵列1021在行、列方向上的温度差异，以准确获取目标物体的绝对红外辐射。
在一些实施例中，参阅图5，第一参考像元阵列1031的列数与有效像元阵列1021的列数相等；第二参考像元阵列1032的行数与有效像元阵列1021的行数相等。
可以理解的是，本实施例的第一参考像元阵列1031用于消除沿行方向排列的各列有效像元结构102之间的温度差异，第二参考像元阵列1032用于消除沿列方向排列的各行有效像元结构102之间的温度差异。通过第一参考像元阵列1031和第二参考像元阵列1032的配合能够有效消除半导体衬底101温度对有效像元阵列1021的影响。
在一些实施例中，参阅图5，第一参考像元阵列1031中的各列，与有效像元阵列1021中的各列并排设置。第二参考像元阵列1032中的各行，与有效像元阵列1021中的各行并排设置。在本实施例中，第一参考像元阵列1031中的各列用于消除有效像元阵列1021沿行方向排列的各列之间的温度差异。第二参考像元阵列1032中的各行用于消除有效像元阵列1021沿列方向排列的各行之间的温度差异，进而通过第一参考像元阵列1031和第二参考像元阵列1032的配合有效消除半导体衬底温度对有效像元阵列的影响。
在一些实施例中，请参阅图1和图6，红外吸收结构106包括第一部分1061和第二部分1062。红外吸收结构106的第一部分1061在半导体衬底101上的正投影为第一子投影10611。第一参考像元阵列1031在半导体衬底101上的正投影为第三子投影10311。第三子投影10311位于第一子投影10611内。第三子投影10311的边界上的任一点，到第一子投影10611的边界的最小距离为d11。d11的取值范围为1.5h~2.5h。如此设置，能够更有效的避免第一参考像元阵列1031接收到外界目标物体辐射。
红外吸收结构106的第二部分1062在半导体衬底101上的正投影为第二子投影10621。第二参考像元阵列1032在半导体衬底101上的正投影为第四子投影10321。第四子投影10321位于第二子投影10621内。第四子投影10321的边界上的任一点，到第二子投影10621的边界的最小距离为d12。d12的取值范围为1.5h~2.5h。如此设置，能够更有效的避免第二参考像元阵列1032接收到外界目标物体辐射。
在一些实施例中，参阅图6，有效像元阵列1021在半导体衬底101上的正投影为第三投影10211。第一子投影10611的边界上的任一点，到第三子投影10311的边界的最小距离为d11。第一子投影10611的边界上的任意一点，到第三投影10211的边界的最小距离为d21。d11的取值范围为1.5h~2.5h。d21的取值范围为1.5h~3.5h。
如此设置，能够更有效的避免第一参考像元阵列1031接收到外界目标物体辐射，并避免红外吸收结构106的第一部分1061对有效像元阵列1021的影响，保证有效像元阵列1021能够正常工作。
继续参阅图6，第二子投影10621的边界上的任一点，到第四子投影10321的边界的最小距离为d12。第二子投影10621的边界上的任意一点，到第三投影10211的边界的最小距离为d22。d22的取值范围为1.5h~3.5h。
如此设置，能够更有效的避免二参考像元阵列1032接收到外界目标物体辐射，并避免红外吸收结构106的第二部分1062对有效像元阵列1021的影响，保证有效像元阵列1021能够正常工作。
在一些实施例中，参阅图7，盖板主体104与半导体衬底101连接，且在半导体衬底101与盖板主体104之间形成容纳腔105。多个有效像元结构102和多个参考像元结构103均位于所述容纳腔105内。红外吸收结构106位于盖板主体104的远离半导体衬底101的一侧。
在本实施例中，利用盖板主体104在盖板主体104与半导体衬底101之间形成容纳腔105，并将多个有效像元结构102和多个参考像元结构103封装于容纳腔105内，能够避免外部环境中的水分及灰尘等物质对有效像元结构102和参考像元结构103的影响，延长了探测器的使用寿命。
示例的，容纳腔为真空腔。在本示例中，容纳腔105为真空腔能够避免有效像元结构102和参考像元结构103与空气热交换，减少了空气热传导对有效像元结构102和参考像元结构103的响应速度及灵敏度的影响。示例的，容纳腔105的真空度小于0.01mbar。
在一些实施例中，参阅图1和图2，探测器100还包括第一金属环107、第二金属环108和焊料环109。第一金属环107位于盖板主体104靠近半导体衬底101一侧的表面上。第二金属环108位于半导体衬底101的第一侧上，第二金属环108将有效像元结构102和参考像元结构103环绕在内。焊料环109连接于第一金属环107与第二金属环108之间，在盖板主体104、半导体衬底101与焊料环109之间形成容纳腔105。
在一些实施例中，参阅图5，有效像元结构102与参考像元结构103相同。示例的，有效像元结构102与参考像元结构103均可为微桥结构。微桥结构包括桥面、桥墩和桥臂，桥面包括吸收红外辐射能量的吸收层及对红光敏感的热敏电阻层（通常是α-Si或者氧化钒），桥墩和桥臂起支撑和电连接的功能。当红外辐射入射至桥面时，热敏电阻层的阻值随温度发生变化，通过相应的读出电路（Readout Integrated Circuit ，ROIC）检测热敏电阻层的阻值变化量并转换成相应的电学信号输出，从而判断外界红外辐射强度大小。同时能够通过目标物体和背景信息辐射度的不同，来对目标物体的信息进行获取。
本实施例中，有效像元结构102与参考像元结构103相同，使有效像元结构102与参考像元结构103具备相同的热导、热容及热绝缘性能，因此通过参考像元结构103可有效消除半导体衬底101温度及焦耳温升对有效像元结构102的影响。
在一些实施例中，探测器100还包括读出电路。在一些示例中，读出电路位于半导体衬底101内。在另一些示例中，读出电路也可以设置半导体衬底101外。多个有效像元结构102和多个参考像元结构103与设置半导体衬底101外的读出电路电连接。
以上介绍了本实施例的探测器100及封装盖板200的结构，接下来介绍本实施例的探测器100的工作原理。
在一些示例中，探测器的容纳腔105内设置有温度传感器。温度传感器用于检测探测器内部结温。
探测器100内置的温度传感器可以实时测试到探测器100内部结温T 1 。参考像元结构103受内部结温T 1 和焦耳温升的影响输出信号值V1，有效像元结构102受目标红外辐射能量、内部结温T 1 、焦耳温升的共同影响输出信号值V2，通过输出信号值V1与V2之间的差异，结合电路及后续算法处理可以确定目标绝对红外辐射值，如公式1所示，可以确定目标物体绝对温度T 2 。T 2 的示意公式可以为：
其中，
是温度传感系数。
本发明的实施例还提供了一种探测器的封装盖板200的制备方法。如图9所示，该制备方法包括：S1~S4。
S1、参阅图10，在盖板主体104的一侧形成第一金属层1063。其中，第一金属层1063可以采用沉积工艺形成，也可以通过溅射工艺形成。
S2、参阅图11，在第一金属层1063的远离盖板主体104的一侧形成绝缘介质层1064。其中，绝缘介质层1064可以采用沉积工艺形成于第一金属层1063上。
S3、参阅图12，在绝缘介质层1064的远离第一金属层1063的一侧形成第二金属层1065。其中，第二金属层1065可以采用沉积工艺或溅射工艺形成于绝缘介质层1064上。
S4、参阅图13，对第二金属层1065进行图案化处理，形成多个柱状结构10651。
本实施例提供的封装盖板200的制备方法，能够制备出上述的探测器的封装盖板200，上述探测器的封装盖板200可以改善目标物体红外辐射对探测器中的参考像元结构103的影响，从而使探测器能够更好地利用参考像元结构103来消除半导体衬底101的温度对有效像元结构102产生的影响，提高探测精度。
示例的，可以首先在盖板主体104的一侧形成第一金属膜层，之后在第一金属膜层上形成绝缘介质膜层，最后在绝缘介质膜层上形成第二金属膜层。之后对第一金属膜层、绝缘介质膜层、第二金属膜层进行图案化处理，去除多余部分，使第一金属膜层成为第一金属层1063、使绝缘介质膜层成为绝缘介质层1064、使第二金属膜层成为第二金属层1065。再对第二金属层1065进行图案化处理，形成多个柱状结构10651。
在一些实施例中，参阅图14，封装盖板200的制备方法还包括：
S0、在盖板主体104的一侧形成减反增透膜110。需要说明的是，减反增透膜110可以位于盖板主体104的远离红外吸收结构106的一侧，也可以与红外吸收结构106位于盖板主体104的同一侧。
示例的，减反增透膜110在盖板主体104上的正投影与红外吸收结构106在盖板主体104上的正投影不交叠。
示例的，减反增透膜110在半导体衬底101上的正投影能覆盖多个有效像元结构102。
可以理解的是，在盖板主体104的表面上形成减反增透膜110后，还需要对减反增透膜110进行图案化处理，使减反增透膜110在盖板主体104上的正投影与红外吸收结构106在盖板主体104上的正投影不交叠。
在一些示例中，减反增透膜110位于盖板主体104的远离红外吸收结构106的一侧表面上。
在另一些示例中，减反增透膜110也可以与红外吸收结构106位于盖板主体104的同一侧表面上。
本实施例中，通过设置减反增透膜110，能过够降低封装盖板对外界目标物体红外辐射的反射率，并提高透射率。在一些示例中，减反增透膜110可以通过沉积工艺形成于盖板主体104的表面上。在另一些示例中，减反增透膜110也可以通过溅射工艺形成于盖板主体104的表面上。
本实施例还提供一种探测器100的制备方法。如图15所示，探测器100的制备方法包括：S10~ S30。
S10、参阅图21，在半导体衬底101的同一侧形成多个有效像元结构102和多个参考像元结构103；多个参考像元结构103在半导体衬底101上的正投影，与多个有效像元结构102在半导体衬底101上的正投影不交叠。示例的，半导体衬底101包含读出电路。多个参考像元结构103和多个有效像元结构102均与读出电路电连接。示例的，多个有效像元结构102和多个参考像元结构103可以通过光刻和沉积工艺在半导体衬底101形成。
S20、参阅图19，提供封装盖板200，封装盖板200至少包括盖板主体104和红外吸收结构106。示例的，可通过溅射、沉积及光刻工艺在盖板主体104上形成红外吸收结构106。
S30、将盖板主体104与半导体衬底101结合，形成容纳腔105，多个有效像元结构102和多个参考像元结构103位于容纳腔105内，红外吸收结构106在半导体衬底101上的正投影，覆盖多个参考像元结构103，且未覆盖多个有效像元结构102，参阅图2。
本实施例提供的探测器的制备方法，可以利用晶圆级芯片封装技术（Wafer LevelPackage，WLP），在盖板主体104与半导体衬底101之间形成容纳腔，将多个有效像元结构102和多个参考像元结构103封装于半导体衬底101的位于容纳腔的表面上。避免了有效像元结构102和参考像元结构103与空气热交换，减少了空气热传导对有效像元结构102和参考像元结构103的响应及灵敏度的影响。此外，将多个有效像元结构102和多个参考像元结构103封装于容纳腔105内，还能够避免外部环境中的水分及灰尘等物质对有效像元结构102和参考像元结构103的影响，延长了探测器100的使用寿命。
需要说明的是，有效像元结构102的温度变化不仅受目标物体红外辐射的影响，也受到半导体衬底101的温度以及焦耳升温的影响，而且相对于由吸收目标物体红外辐射引起的有效像元结构102的温度变化，半导体衬底101的温度引起的有效像元结构102的温度变化要大许多倍，因此，半导体衬底101温度的存在将严重影响探测器100对目标物体红外辐射的探测。本实施例通过设置参考像元结构103，可以利用参考像元结构103与有效像元结构102之间的信号差异，消除半导体衬底101的温度以及焦耳升温对有效像元结构102的影响。
此外，本实施例还在盖板主体104上设置了红外吸收结构106。红外吸收结构106在半导体衬底101上的正投影覆盖多个参考像元结构103，且未覆盖多个有效像元结构102。这样一来，红外吸收结构106能够吸收外界目标物体对参考像元结构103的红外辐射，使参考像元结构103对外界目标物体的辐射无响应，但不影响外界目标物体对有效像元结构102的红外辐射。使参考像元结构103仅受半导体衬底101的温度和焦耳升温的影响，而有效像元结构102除了受半导体衬底101的温度和焦耳升温的影响之外，还会受到外界目标物体的红外辐射影响。通过参考像元结构103与有效像元结构102之间的信号差异即可获得外界目标物体的红外辐射，即，本实施例通过设置红外吸收结构106及参考像元结构103，有效消除半导体衬底101的温度及焦耳温升对有效像元结构102带来的影响，以准确获取目标物体的绝对红外辐射。
在一些实施例中，如图16所示，所述将盖板主体104与半导体衬底101结合，包括：S301~S303。
S301、在盖板主体104的一侧形成第一金属环107。示例的，参阅图17和图18，首先提供盖板主体104，之后在盖板主体104上通过光刻和沉积工艺形成第一金属环107。
在一些示例中，参阅图19，第一金属环107与红外吸收结构106位于盖板主体104的相对侧。在本示例中，第一金属环107可以在红外吸收结构106之前形成。之所以要先形成第一金属环107，再形成红外吸收结构106，是因为红外吸收结构106较复杂，若先在盖板主体104的一侧形成红外吸收结构106，再翻面，在其对侧形成第一金属环107，容易破环红外吸收结构106。因此，本示例中，制作探测器的过程中不容易破环红外吸收结构106。
S302、在半导体衬底101的一侧形成第二金属环108。示例的，参阅图20和图21，首先提供半导体衬底101，之后在半导体衬底101的设有多个有效像元结构102和多个参考像元结构103的一侧，通过光刻和沉积工艺形成第二金属环108。参阅图22，第二金属环108将多个有效像元结构102和多个参考像元结构103环绕在内。
S303、形成焊料环109，焊料环109连接第一金属环107与第二金属环108，以将盖板主体104与半导体衬底101结合。示例的，参阅图23和图19，本步骤中，在第二金属环108上形成焊料环109后，形成如图23所示的结构，之后将如图23所示的结构与如图19所示的结构通过焊料环109连接在一起，从而形成如图2所示的结构。
本实施例中，首先在盖板主体104的一侧形成第一金属环107、在半导体衬底101的一侧形成第二金属环108，再涂覆焊料形成焊料环109，既能增加焊料熔化时的浸润性，又能阻挡焊料扩散浸润，避免焊料与封装盖板接触。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (21)
1.一种探测器的封装盖板，其特征在于，所述探测器包括多个有效像元结构和多个参考像元结构；所述封装盖板包括：
盖板主体；
红外吸收结构，位于所述盖板主体的一侧；所述红外吸收结构用于吸收由所述探测器的外部射向所述多个参考像元结构的红外辐射。
2.根据权利要求1所述的探测器的封装盖板，其特征在于，所述红外吸收结构为超表面吸收结构；所述超表面吸收结构包括：
第一金属层，位于所述盖板主体的一侧；
绝缘介质层，位于所述第一金属层远离所述盖板主体的一侧；
第二金属层，位于所述绝缘介质层远离所述第一金属层的一侧；所述第二金属层包括多个间隔设置的柱状结构。
3.根据权利要求2所述的探测器的封装盖板，其特征在于，所述第一金属层的厚度大于目标物体红外辐射的趋肤深度δ；
其中，
为圆周率；
为红外吸收结构的工作频率；
为第一金属层的磁导率；
为
第一金属层的电导率。
4.根据权利要求2所述的探测器的封装盖板，其特征在于，至少一个所述柱状结构在所述绝缘介质层上的正投影的形状为规则图形；或者，至少一个所述柱状结构在所述绝缘介质层上的正投影的形状为中心对称图形；或者，所述柱状结构在所述绝缘介质层上正投影的形状为圆形，所述柱状结构的半径为0.25μm~2.5μm。
5.根据权利要求2所述的探测器的封装盖板，其特征在于，所述柱状结构的特征尺寸为亚波长量级，多个所述柱状结构周期性排列；
其中，所述特征尺寸包括以下至少一者：所述柱状结构在平行于所述第一金属层的方向上的最大宽度；或者，所述柱状结构在所述第一金属层上的正投影为多边形时，该多边形的最长边的长度；或者，所述柱状结构在垂直于所述第一金属层方向上的最大高度。
6.根据权利要求2所述的探测器的封装盖板，其特征在于，所述盖板主体的材质包括硅或锗中的至少一种。
7.根据权利要求2所述的探测器的封装盖板，其特征在于，所述第二金属层的厚度为0.01μm ~0.1μm。
8.根据权利要求2所述的探测器的封装盖板，其特征在于，所述第一金属层的材质包括钛或金中的至少一种；
所述第二金属层的材质包括钛或金中的至少一种。
9.根据权利要求2所述的探测器的封装盖板，其特征在于，所述绝缘介质层的材质包括二氧化硅或锗中的至少一种。
10.根据权利要求1~7中任一项所述的探测器的封装盖板，其特征在于，还包括：
减反增透膜，位于所述盖板主体的远离所述红外吸收结构的表面，或与所述红外吸收结构位于所述盖板主体的同一侧表面上；
所述减反增透膜在所述盖板主体上的正投影与所述红外吸收结构在所述盖板主体上的正投影不交叠。
11.根据权利要求10所述的探测器的封装盖板，其特征在于，
所述减反增透膜在所述探测的半导体衬底上的正投影覆盖所述多个有效像元结构。
12.一种探测器的封装盖板的制备方法，其特征在于，包括：
在盖板主体的一侧形成第一金属层；
在所述第一金属层的远离所述盖板主体的一侧形成绝缘介质层；
在所述绝缘介质层的远离所述第一金属层的一侧形成第二金属层；
对所述第二金属层进行图案化处理，形成多个柱状结构。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述盖板主体的表面上形成减反增透膜；所述减反增透膜在所述盖板主体上的正投影与所述第一金属层在所述盖板主体上的正投影不交叠，且所述减反增透膜在半导体衬底上的正投影覆盖多个有效像元结构。
14.一种探测器，其特征在于，包括：
半导体衬底；
多个有效像元结构，位于所述半导体衬底的一侧，所述多个有效像元结构用于感应目标物体的红外辐射；
多个参考像元结构，与多个有效像元结构位于所述半导体衬底的同一侧，所述多个参考像元结构用于感应所述半导体衬底的温度；所述多个参考像元结构在所述半导体衬底上的正投影，与所述多个有效像元结构在所述半导体衬底上的正投影不交叠；
如根据权利要求1~11中任一项所述的封装盖板，位于所述多个有效像元结构和所述多个参考像元结构的远离所述半导体衬底的一侧；其中，所述红外吸收结构在所述半导体衬底上的正投影，覆盖所述多个参考像元结构，且未覆盖所述多个有效像元结构。
15.根据权利要求14所述的探测器，其特征在于，所述半导体衬底与所述封装盖板之间的高度为h；
所述红外吸收结构在所述半导体衬底上的正投影为第一投影，所述多个参考像元结构在所述半导体衬底上的正投影为第二投影，所述多个有效像元结构在所述半导体衬底上的正投影为第三投影；所述第二投影位于所述第一投影内，所述第三投影位于所述第一投影外；
所述第一投影的边界上的任一点，到所述第二投影的边界的最小距离d1为1.5h~2.5h；
所述第一投影的边界上的任意一点，到所述第三投影的边界的最小距离d2为1.5h~3.5h。
16.根据权利要求15所述的探测器，其特征在于，所述多个有效像元结构呈多行、多列排布，组成有效像元阵列；
所述多个参考像元结构包括：
多个第一参考像元结构，所述多个第一参考像元结构呈多列排布，组成第一参考像元阵列；所述第一参考像元阵列位于所述有效像元阵列沿列方向的一侧或两侧；
多个第二参考像元结构，所述多个第二参考像元结构呈多行排布，组成第二参考像元阵列；所述第二参考像元阵列位于所述有效像元阵列沿行方向的一侧或两侧；
其中，所述第一参考像元阵列中的各列，与所述有效像元阵列中的各列并排设置；所述第二参考像元阵列中的各行，与所述有效像元阵列中的各行并排设置；
所述第一参考像元阵列的列数与所述有效像元阵列的列数相等；所述第二参考像元阵列的行数与所述有效像元阵列的行数相等；和/或，所述第一参考像元阵列的行数大于或等于10行；所述第二参考像元阵列的行数大于或等于10列。
17.根据权利要求16所述的探测器，其特征在于，所述第一参考像元阵列位于所述有效像元阵列沿列方向的一侧；所述第二参考像元阵列位于所述有效像元阵列沿行方向的一侧；
所述红外吸收结构包括：
第一部分，所述第一部分在所述半导体衬底上的正投影为第一子投影，所述第一参考像元阵列在所述半导体衬底上的正投影为第三子投影；所述第三子投影位于所述第一子投影内；
第二部分，所述第二部分在所述半导体衬底上的正投影为第二子投影，所述第二参考像元阵列在所述半导体衬底上的正投影为第四子投影；所述第四子投影位于所述第二子投影内。
18.根据权利要求17所述的探测器，其特征在于，所述半导体衬底与所述封装盖板之间的高度为h；所述有效像元阵列在所述半导体衬底上的正投影为第三投影；
所述第一子投影的边界上的任一点，到所述第三子投影的边界的最小距离为d11；所述第一子投影的边界上的任意一点，到所述第三投影的边界的最小距离为d21；d11的取值范围为1.5h~2.5h；d21的取值范围为1.5h~3.5h；
所述第二子投影的边界上的任一点，到所述第四子投影的边界的最小距离为d12；所述第二子投影的边界上的任意一点，到所述第三投影的边界的最小距离为d22；d12的取值范围为1.5h~2.5h；d22的取值范围为1.5h~3.5h。
19.根据权利要求15或18所述的探测器，其特征在于，所述半导体衬底与所述封装盖板之间的高度h为20μm ~500μm。
20.根据权利要求14所述的探测器，其特征在于，所述封装盖板包括盖板主体和红外吸收结构；所述盖板主体与所述半导体衬底连接，且在所述半导体衬底与所述盖板主体之间形成容纳腔；所述多个有效像元结构和所述多个参考像元结构均位于所述容纳腔内；所述红外吸收结构位于所述盖板主体的远离所述半导体衬底的一侧。
21.根据权利要求20所述的探测器，其特征在于，还包括：
第一金属环，位于所述盖板主体靠近所述半导体衬底一侧的表面上；
第二金属环，位于所述半导体衬底靠近所述盖板主体一侧的表面上，所述第二金属环将所述有效像元结构和所述参考像元结构环绕在内；
焊料环，所述焊料环连接于所述第一金属环与所述第二金属环之间，在所述盖板主体、所述半导体衬底与所述焊料环之间形成所述容纳腔。
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