帶有熱敏電阻陣列的集成結(jié)構(gòu)及像元電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型主要涉及非制冷類之紅外感測領(lǐng)域，確切地說，是提供一種基于MEMS技術(shù)在焦平面陣列感測器件中較佳的來布局熱敏電阻并提供相應(yīng)的集成結(jié)構(gòu)，一并也披露了集成有熱敏電阻陣列的一種像元電路。
【背景技術(shù)】
[0002]非制冷紅外探測器件廣泛用作熱感測，例如基于紅外輻射的熱效應(yīng)。傳統(tǒng)的感測器件多見于熱堆、熱釋電和微-測福射熱儀(Micro-bolometer)等，基于微橋(Micro-bridge)結(jié)構(gòu)的測福射熱儀趨于被廣泛應(yīng)用，通過感知紅外福射熱效應(yīng)弓I起熱敏電阻之阻值浮動變化而響應(yīng)出相應(yīng)的輻射強(qiáng)度變化。紅外成像是在可見光波段范圍之外的感測延伸，而焦平面陣列是紅外成像的敏感元器件，主導(dǎo)了紅外成像的質(zhì)量。影響焦平面陣列中像元的因素是多方面的，譬如像元間的絕熱或吸收率差異、阻值變化和電阻溫度系數(shù)等，典型的例如現(xiàn)有技術(shù)在優(yōu)化像元陣列面積過大的問題還苛待改善，主要由于相鄰熱敏電阻的兩個端口都是獨立的，它們并不會隨半導(dǎo)體制造線寬的減小而成比例減小，則容易造成像元陣列面積較大。另外，端口和像元的布置不恰當(dāng)極易在相鄰熱敏電阻之間誘發(fā)負(fù)面的串?dāng)_和寄生電容以及寄生電阻等。在沒有額外增加器件尺寸的前提下，如何實現(xiàn)熱敏電阻焦平面陣列的較佳布局并兼容當(dāng)前制造工藝和解決現(xiàn)存的負(fù)面因素，是現(xiàn)有技術(shù)面臨的困惑。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]在本實用新型的一個實施例中，提供了一種熱敏電阻集成結(jié)構(gòu)，主要包括:包含多個熱敏電阻的陣列，每個熱敏電阻的具有四個角部，每個角部各形成一個切口，其中，所述陣列中，由任意相鄰的兩列與任意相鄰的兩行限定出兩對熱敏電阻，在其中一對呈對角對稱設(shè)置的熱敏電阻和另一對呈對角對稱設(shè)置的熱敏電阻的公共對稱中心位置處，籍由該兩對熱敏電阻的最鄰近該中心位置處的各個切口布局形成一空置區(qū)；設(shè)于所述空置區(qū)的共享端子；陣列中任意一列設(shè)有前后相鄰的第一、第二熱敏電阻，所述第一熱敏電阻背離于第二熱敏電阻的一個第一角部處連接有第一導(dǎo)電臂，所述第二熱敏電阻背離于第一熱敏電阻的一個第二角部處連接有第二導(dǎo)電臂；第一熱敏電阻的與其第一角部互為對角的一個第三角部處的切口和第二熱敏電阻的與其第二角部互為對角的一個第四角部處的切口兩者位置處的一個共享端子與第一、第二導(dǎo)電臂連接。
[0004]上述的熱敏電阻集成結(jié)構(gòu)，第一導(dǎo)電臂沿著第一熱敏電阻的邊緣從第一熱敏電阻的第一角部以第一時針方向延伸到第一熱敏電阻的第三角部處，第二導(dǎo)電臂沿著第二熱敏電阻的邊緣從第二熱敏電阻的第二角部以第二時針方向延伸到第二熱敏電阻的第四角部處，從而將第一、第二導(dǎo)電臂連接到最鄰近第一熱敏電阻的第三角部的切口和第二熱敏電阻的第四角部的切口設(shè)置的一個共享端子上。
[0005]上述的熱敏電阻集成結(jié)構(gòu)，連接于第一熱敏電阻的第三角部處的一個第三導(dǎo)電臂沿著第一熱敏電阻的邊緣從第一熱敏電阻的第三角部以第一時針方向延伸到第一熱敏電阻的第一角部處，并與設(shè)置于最鄰近第一熱敏電阻的第一角部的切口處的一個共享端子連接。
[0006]上述的熱敏電阻集成結(jié)構(gòu)，連接于第二熱敏電阻的第四角部處的一個第四導(dǎo)電臂沿著第二熱敏電阻的邊緣從第二熱敏電阻的第四角部以第二時針方向延伸到第二熱敏電阻的第二角部處，并與設(shè)置于最鄰近第二熱敏電阻的第二角部的切口處的一個共享端子連接。
[0007]上述的熱敏電阻集成結(jié)構(gòu)，第一導(dǎo)電臂位于第一、第二熱敏電阻兩者之間縫隙中的一部分和第二導(dǎo)電臂位于第一、第二熱敏電阻兩者之間縫隙中一部分并排設(shè)置并且相互平行延伸，從而將第一、第二導(dǎo)電臂連接到最鄰近第一熱敏電阻的第三角部的切口處和第二熱敏電阻的第四角部的切口處所設(shè)置的一個共享端子上。
[0008]上述的熱敏電阻集成結(jié)構(gòu)，在陣列的任意一列中包含了多個由第一、第二熱敏電阻兩者構(gòu)成的基本電阻單元或直接稱為電阻單元，任意一個基本電阻單元中最鄰近第二熱敏電阻的第二角部的切口設(shè)置的一個共享端子和相鄰的下一個基本電阻單元中最鄰近第一熱敏電阻的第一角部的切口設(shè)置的一個共享端子是同一共享端子。
[0009]上述的熱敏電阻集成結(jié)構(gòu)，在陣列中以將同一列任意前后相鄰的兩個熱敏電阻相互電性連接的方式，進(jìn)一步將同一列的所有熱敏電阻都予以串聯(lián)連接，而陣列中任意的同一行的熱敏電阻相互之間設(shè)置為彼此沒有電性連接。
[0010]在本實用新型的一個實施例中，提供了一種帶有熱敏電阻陣列的像元電路，主要包括:包含多個基本像元單元或直接稱為像元單元的陣列，任意一列中每行的基本像元單元都包括一個電阻及與該電阻串聯(lián)的兩個開關(guān)；設(shè)置同一列的所有電阻中任意相鄰的三個電阻，其中位于中間位置的電阻兩端分別與前后相鄰的兩個電阻相連，從而將同一列中所有電阻都串聯(lián)連接；同一列中每行的一個電阻的一端與一個第一節(jié)點之間連接有該行的一個開關(guān)而該電阻的另一端與一個第二節(jié)點之間連接有該行的另一個開關(guān)，讀取第一、第二節(jié)點間的阻值受同一列中各行基本像元單元各自的兩個開關(guān)的控制。
[0011]上述帶有熱敏電阻陣列的像元電路，在第一節(jié)點和第二節(jié)點讀取同一列的各個電阻的方式包括，提供數(shù)量等于同一列中行數(shù)的一系列不同時序脈沖信號分別驅(qū)動不同行的基本像元單各自的開關(guān)，其中同一列中任意一行的兩個開關(guān)受到同一個時序脈沖信號的驅(qū)動。
[0012]上述帶有熱敏電阻陣列的像元電路，籍由一系列非交疊的時序脈沖信號，使各行的開關(guān)按照從首行到末行的順序依次先后執(zhí)行接通一段預(yù)設(shè)時間后再斷開，并且在提供給任意前后相鄰的兩行基本像元單元的兩個時序脈沖信號中，驅(qū)動前一行基本像元單中開關(guān)的前一個時序脈沖信號的第一邏輯狀態(tài)結(jié)束的時刻，與驅(qū)動后一行基本像元單中開關(guān)的后一個時序脈沖信號進(jìn)入第一邏輯狀態(tài)的時刻之間設(shè)置一個預(yù)設(shè)延遲時間。
[0013]在本實用新型的一個實施例中，提供了一種帶有熱敏電阻陣列的像元電路的讀取方法，主要包括以下步驟:在包含多個基本像元單元的陣列中，設(shè)置任意一列中每行的基本像元單元都包括一個電阻及與該電阻串聯(lián)的兩個開關(guān)；將同一列的所有電阻中任意相鄰的三個電阻相連，其中位于中間的電阻兩端分別與前后相鄰的兩個電阻相連，從而將同一列中所有電阻都串聯(lián)連接；在同一列中每行的一個電阻的一端與一個第一節(jié)點之間連接一個屬于該行的開關(guān)而該電阻的另一端與一個第二節(jié)點之間連接屬于該行的另一個開關(guān)；提供數(shù)量等于同一列中行數(shù)的一系列時序脈沖信號，分別驅(qū)動該列中不同行的基本像元單各自的開關(guān)，使同一列中任意一行的兩個開關(guān)受到同一個時序脈沖信號的驅(qū)動；同列中各行的開關(guān)按照從首行到末行的順序先后執(zhí)行接通一段預(yù)設(shè)時間后再斷開，驅(qū)動任意前后相鄰的兩行基本像元單元的兩個時序脈沖信號中，驅(qū)動前一行基本像元單中開關(guān)的前一個時序脈沖信號的第一邏輯狀態(tài)結(jié)束的時刻，與驅(qū)動后一行基本像元單中開關(guān)的后一個時序脈沖信號進(jìn)入第一邏輯狀態(tài)的時刻之間設(shè)置一個預(yù)設(shè)延遲時間。
[0014]本實用新型的優(yōu)點及使用本實用新型達(dá)到的有益效果:
[0015]本實用新型的技術(shù)方案，通過相鄰熱敏電阻的端口共享，減小了相鄰熱敏電阻之間串?dāng)_和寄生電容和寄生電阻，可極大提高像元的集成度或填充比，從像元組成的陣列角度分析，整體面積相當(dāng)現(xiàn)有技術(shù)減少可至少20%以上，而且便于工藝制造。
【附圖說明】
[0016]閱讀以下詳細(xì)說明并參照以下附圖之后，本實用新型的特征和優(yōu)勢將顯而易見:
[0017]圖1示范性的展示了熱敏電阻陣列中兩行兩列限定的兩對熱敏電阻的俯視平面圖。
[0018]圖2是二維熱敏電阻陣列作為焦平面陣列的示意圖。
[0019]圖3是以帶有熱敏電阻陣列的像元電路中單獨一列熱敏電阻作為示范的示意圖。
[0020]圖4是驅(qū)動單獨一列中不同行的開關(guān)的一系列時序脈沖信號。
[0021]圖5是二維熱敏電阻陣列懸置于集成CMOS讀出電路的襯底之上的剖面圖。
【具體實施方式】
[0022]參見圖1?2，展示了采用二維熱敏電阻陣列作為焦平面陣列，基于熱敏電阻的非制冷紅外焦平面陣列將紅外輻射轉(zhuǎn)換為熱信號，要求電阻材料對熱變化高度敏感，應(yīng)當(dāng)具有較高的電阻溫度系數(shù)和較低的材料噪聲。在布局陣列的時候我們先行設(shè)定不同的列與列之間在布局方式上是完全一致的，就像任意兩列是相互復(fù)制的一樣，基于該方案，而且為了本文在闡釋上的便利，還特意指出從圖2所示完整的熱敏電阻陣列中單獨擷取前后互相毗鄰的兩列155、156來對應(yīng)于圖1進(jìn)行敘述說明，如此一來整個整列完整的像元分布便了然于目。在熱敏電阻的