技术领域
[0001] 本
申请涉及成像器件技术领域，尤其涉及一种针状面阵成像器件。
背景技术
[0002] 面阵成像器件，例如CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合元件）和CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属
氧化物
半导体），作为图像
传感器的核心器件，在传感、医疗和安防等众多领域得到广泛应用，但传统面阵成像器件因为成本和原理受制，体积无法做到微小，影响面阵成像器件的使用。
[0003] 以CCD为例，说明现有面阵成像器件的问题。CCD的突出特点是以电荷作为
信号，而不同于其他大多数器件是以
电流或者
电压为信号，所以CCD的基本功能是电荷的存储和电荷的转移。CCD存储由光或电激励产生的信号电荷，当对CCD施加特定时序的脉冲时，CCD存储的信号电荷便能在CCD内作定向传输。CCD工作过程是信号电荷的产生，存储，传输和检测。CCD是由许多个光敏像元按一定规律排列组成的。每个像元是一个MOS（metal oxide semiconductor，金属—氧化物—半导体）电容器(大多为光敏
二极管)，MOS电容器是在P 型Si衬底表面上氧化生成1层厚度约为1000A～1500A的SiO2，再在SiO2表面蒸
镀一金属层(多晶
硅)，在衬底和金属
电极间加上1个偏置电压，就构成1个MOS电容器。当有1束光线投射到MOS电容器上时，
光子穿过透明电极及氧化层，进入P型Si衬底，衬底中处于
价带的
电子将吸收光子的
能量而跃入导带。光子进入衬底时产生的电子跃迁形成电子－空穴对，电子－空穴对在外加
电场的作用下，分别向电极的两端移动，这就是信号电荷。这些信号电荷储存在由
电极形成的“势阱”中。CCD 结构如图1所示，其工作流程如下：1、在场信号的正扫描期间, 感光区的感光二极管将其所受光的强度转换成电子并储存在感光区进行积累；2、在场扫描的逆扫描期(场消隐期), 转移控制栅从低电位转成高电位，开通感光区与垂直储存区(CCD)，使感光区储存的电荷转移到垂直储存区, 转移完成后, 转移控制栅电位变成低电位，结束电荷转移，这个过程在逆扫描期(场消隐期)内完成；3、在场的正扫描期间, 储存在垂直存储单元中的电荷， 在Vф1、Vф2、Vф3、Vф4 脉冲时序电压作用下， 依次将其储存的电荷向下转移到
水平存储单元中，每个转移过程仅在每个行扫描的逆扫描期间内完成，且每个垂直储存单元在行逆程扫描期只转移一个
像素的电荷，这样就保证每次转移后，水平输出CCD内仅存有一行像素；4、在行扫描的正扫期间，在Hф1、Hф2 时序脉冲电压的作用下，将已转移到水平存储单元的电荷依次向左转移，并检测输出(一行图像的扫描信号)，完成一行输出后，水平存储单元内的储存电荷全部转移出去，水平存储单元清空，等待下次从垂直存储单元转移电荷；在场正扫描期内，完成一幅图像的转移输出。
[0004] 上述面阵成像器件的缺点为体积大，在某些特殊场合，例如金属裂缝探伤、医用
内窥镜等需要极小面阵图像传感器的场合，无法应用。
发明内容
[0005] 本申请提供了一种针状面阵成像器件，以解决
现有技术中面阵成像器件体积大，不能满足多种场合应用的问题。
[0006] 本申请提供一种针状面阵成像器件，所述成像器件包括感光层、放大
电路层、主干和信号引出线；
[0007] 所述主干的形状为圆柱形，包括主干上端面、主干中间面、主干下端面以及主干
侧壁，所述主干上端面、主干中间面、主干下端面由上至下依次设置；
[0008] 所述感光层包括二维面阵和数个第一
导线，所述二维面阵包括若干感光元件，所述感光元件嵌在所述主干上端面上；
[0009] 所述第一导线设置在所述主干的表面上，所述第一导线的一端与所述感光元件连接，所述第一导线的另一端设置在所述主干侧壁与主干中间面的连接处；
[0010] 所述放大电路层包括放大电路和数个第二导线，所述放大电路嵌在所述主干中间面上，且与所述二维面阵平行设置；所述第二导线设置在所述主干中间面、主干侧壁和主干下端面上，在主干侧壁上设置的第一导线和第二导线的
位置相对应，所述第二导线的一端与放大电路连接；所述信号引出线与所述主干下端面垂直连接，所述第二导线的另一端与所述信号引出线连接。
[0011] 进一步地，所述成像器件还包括保护层，所述保护层为空心圆柱体，所述感光层、放大电路层、主干和信号引出线设置在所述保护层的内部。
[0012] 进一步地，所述主干的材料为半导体材料。
[0013] 进一步地，所述保护层的材料为绝缘体材料。
[0014] 进一步地，所述感光元件包括金属电极、N型硅和P型衬底，所述P型衬底嵌入在所述主干上端面内，所述金属电极和N型硅在所述主干上端面上形成凸点。
[0015] 进一步地，所述感光元件包括由上至下依次连接的ITO透明电极、ZnO半导体、PDA、PSS和金属电极。
[0016] 进一步地，所述P型衬底的材料为半导体材料。
[0017] 进一步地，所述第一导线的数量与第二导线的数量相同。
[0018] 进一步地，若干所述感光元件形成M行和N列的二维面阵；每一行的感光元件由两根第一导线连接，每一列的感光元件由两根第一导线连接；所述第一导线的数量为2*（m+n），所述第二导线的数量为2*（m+n）。
[0019] 进一步地，所述信号引出线的数量为2*（m+n）。
[0020] 进一步地，所述信号引出线通过倒装焊工艺与所述第二导线连接。
[0021] 进一步地，制备第一导线或第二导线的制备方法包括：
[0022] 采用
光刻工艺在所述主干表面
刻蚀出凹槽，在主干表面镀金属膜；
[0023] 金属膜在凹槽中沉积；
腐蚀清洗主干表面除凹槽的部分，去除主干表面除凹槽的部分的金属膜，确定沉积有金属膜的凹槽为第一导线或第二导线。
[0024] 进一步地，制备第一导线或第二导线的制备方法包括：
[0025] 在所述主干表面上镀金属膜，采用激光微加工方式将主干表面上除第一导线或第二导线外的区域去除金属膜，得到第一导线或第二导线。
[0026] 由以上技术方案可知，本申请提供的一种针状面阵成像器件，所述成像器件包括感光层、放大电路层、主干和信号引出线；所述主干的形状为圆柱形，包括主干上端面、主干中间面、主干下端面以及主干侧壁，所述主干上端面、主干中间面、主干下端面由上至下依次设置；所述感光层包括二维面阵和数个第一导线，所述二维面阵包括若干感光元件，所述感光元件嵌在所述主干上端面上；所述第一导线设置在所述主干的表面上，所述第一导线的一端与所述感光元件连接，所述第一导线的另一端设置在所述主干侧壁与主干中间面的连接处；所述放大电路层包括放大电路和数个第二导线，所述放大电路嵌在所述主干中间面上，且与所述二维面阵平行设置；所述第二导线设置在所述主干中间面、主干侧壁和主干下端面上，在主干侧壁上设置的第一导线和第二导线的位置相对应，所述第二导线的一端与放大电路连接；所述信号引出线与所述主干下端面垂直连接，所述第二导线的另一端与所述信号引出线连接。本申请
实施例采用高度集成的微纳加工工艺，制作微小面积的面阵成像器件，将放大电路层和信号引出线设置在垂直于二维面阵的维度，制备得到的成像器件的上端面的面积在100μm-1mm范围内，可以集成在针孔内窥镜和胶囊相机等微小成像设备内，可以实现进入狭小空间进行图像传感的功能。
附图说明
[0027] 为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028] 图1为本申请实施例提供的CCD的结构示意图；
[0029] 图2为本申请实施例提供的一种针状面阵成像器件的结构示意图；
[0030] 图3为本申请实施例提供的感光层的结构示意图；
[0031] 图4为本申请实施例提供的一种针状面阵成像器件的结构示意图；
[0032] 图5为本申请实施例提供的成像器件的俯视图；
[0033] 图6为本申请实施例提供的第一导线、第二导线和信号引出线的结构示意图；
[0034] 图7为本申请实施例提供的放大电路层和信号引出线的结构示意图；
[0035] 图8为本申请实施例提供的主干下端面的结构示意图；
[0036] 图9为本申请实施例提供的一种感光元件的结构示意图；
[0037] 图10为本申请实施例提供的放大电路图的示意图；
[0038] 图11为本申请实施例提供的又一种感光元件的结构示意图。
[0039] 图示说明：1-感光层、11-二维面阵、111-感光元件、1111-金属电极、1112-N型硅、1113-P型衬底、12-第一导线、2-放大电路层、21-放大电路、22-第二导线、3-主干、31-主干上端面、32-主干中间面、33-主干下端面、34-主干侧壁、4-信号引出线、5-保护层。
具体实施方式
[0040] 为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
[0041] 第一方面，参阅图2，本申请提供一种针状面阵成像器件，所述成像器件包括感光层1、放大电路层2、主干3和信号引出线4；
[0042] 使用过程中，所述感光层1获取电荷，所述放大电路层2将感光层1获取的电荷进行放大，得到放大信号，所述信号引出线4将放大信号输出。本申请实施例采用高度集成的微纳加工工艺，制作微小面积的面阵成像器件，将放大电路层和信号引出线设置在垂直于二维面阵11的维度，制备得到的成像器件的上端面的面积在100μm-1mm范围内，可以集成在针孔内窥镜和胶囊相机等微小成像设备内，可以实现进入狭小空间进行图像传感的功能。
[0043] 所述主干3的形状为圆柱形，包括主干上端面31、主干中间面32、主干下端面33以及主干侧壁34，所述主干上端面31、主干中间面32、主干下端面33由上至下依次设置；
[0044] 具体的，所述主干侧壁34围绕所述主干上端面31、主干中间面32和主干下端面33的圆周设置。本申请实施例中，由于所述主干3的形状为圆柱形，所以主干3整体看来像针状的结构，可以方便所述成像器件应用于狭小环境中。
[0045] 如图3、4所示，所述感光层1包括二维面阵11和数个第一导线12，如图5所示，所述二维面阵包括若干感光元件111，所述感光元件嵌在所述主干上端面上；
[0046] 如图6所示，所述第一导线12设置在所述主干3的表面上，所述第一导线12的一端与所述感光元件连接，所述第一导线12的另一端设置在所述主干侧壁34与主干中间面32的连接处；
[0047] 具体的，所述第一导线12由感光元件延伸至所述主干侧壁34与主干中间面32的连接处。
[0048] 所述放大电路层2包括放大电路21和数个第二导线22，所述放大电路21嵌在所述主干中间面32上，且与所述二维面阵11平行设置；所述第二导线22设置在所述主干中间面32、主干侧壁34和主干下端面33上，在主干侧壁上设置的第一导线12和第二导线22的位置相对应，所述第二导线22的一端与放大电路21连接；所述信号引出线4与所述主干下端面33垂直连接，如图7、8所示，所述第二导线22的另一端与所述信号引出线4连接。具体的，所述第二导线22嵌入所述主干下端面33，与所述信号引出线4连接。
[0049] 所述感光元件接收到电荷后，通过第一导线12传导至所述第二导线22上，第二导线22将电荷传送到所述放大电路21中，最后放大电路21通过第二导线将所述电荷放大得到的
信号传输至信号引出线4。所述信号引出线4即为所述成像器件的信号输出端，与外界连接的部件。
[0050] 在一可行的实施例中，所述第一导线12的数量与第二导线22的数量相同。
[0051] 在一可行的实施例中，所述成像器件还包括保护层5，所述保护层5为空心圆柱体，所述感光层1、放大电路层2、主干3和信号引出线4设置在所述保护层5的内部。
[0052] 具体的，所述保护层5可以避免成像器件
短路，起到良好的保护作用。
[0053] 在一可行的实施例中，所述主干3的材料为半导体材料。
[0054] 可选的，所述主干3的材料可以为
碳化硅等材料。
[0055] 在一可行的实施例中，所述保护层5的材料为绝缘体材料。
[0056] 可选的，所述保护层5的材料可以为
二氧化硅等材料。
[0057] 在一可行的实施例中，如图9所示，所述感光元件包括金属电极1111、N型硅1112和P型衬底1113，所述P型衬底1113嵌入在所述主干上端面31内，所述金属电极1111和N型硅1112在所述主干上端面31上形成凸点。
[0058] 具体的，由金属电极、N型硅、P型衬底构成感光元件，所述金属电极1111可以为
铝栅。CR1、CR2表示二相硅-铝栅极的驱动电路，金属电极和N型硅构成不对称电极，使光感生电荷在二相时钟脉冲驱动下能定向运动。当光照射到感光元件上时，在栅极附近形成电子-空穴对，载流子被收集在势阱中形成信号电荷。此电荷非常微小，难以传输太长距离，需要进行放大。
[0059] 如图10所示，放大电路21由电源UD、
电阻R、源极输出
放大器Amp和复位场效应管TR组成二极管
反向偏置放大电路，所述放大电路将信号电荷放大。
[0060] 在一可行的实施例中，所述P型衬底1113的材料为半导体材料。
[0061] 在一可行的实施例中，若干所述感光元件形成M行和N列的二维面阵；每一行的感光元件由两根第一导线12连接，每一列的感光元件由两根第一导线12连接；所述第一导线12的数量为2*（m+n），所述第二导线22的数量为2*（m+n）。
[0062] 具体的，感光元件的数量为若干，二维面阵由M×N个感光元件构成，二维面阵具有M行N列，其中每一行和每一列分别由两根第一导线12引出，因此具有2×(M+N)根第一导线，分别控制行和列，通过行列寻址方式获取面阵上的电荷。
[0063] 在一可行的实施例中，所述感光元件包括由上至下依次连接的ITO透明电极、ZnO半导体、PDA、PSS和金属电极。
[0064] 本申请实施方式中，所述感光元件还可以为ZnO感光材料，如图11所示，采用ITO透明电极作为最上层，ZnO半导体作为感光材料，聚二烯丙基二甲基
氯化铵(PDA) 和乙酸异丁酯(PSS)在ZnO半导体下层，底面为金属电极，构成二维面阵，感光元件单元结构大小在50nm-200nm之间。以单元结构200nm为例，二维面阵由256×256个感光元件组成，二维面阵边长为51.2µm。与所述感光元件连接的两个第一导线，一个第一导线与ITO透明电极连接，另一个第一导线与金属电极连接。
[0065] 在一可行的实施例中，所述信号引出线4的数量为2*（m+n）。
[0066] 所述信号引出线4通过倒装焊工艺与所述第二导线22连接。
[0067] 具体的，放大电路层输出的2×(M+N)个第二导线与2×(M+N)根信号引出线连接并输出，具体结构再次参见图8。2×(M+N)个信号引出线成阵列排布在主干下端面，通过倒桩焊工艺与底部的2×(M+N)根第二导线22连接。
[0068] 在一可行的实施例中，制备第一导线或第二导线的制备方法包括：
[0069] 采用光刻工艺在所述主干表面刻蚀出凹槽，在主干表面镀金属膜；
[0070] 金属膜在凹槽中沉积；腐蚀清洗主干表面除凹槽的部分，去除主干表面除凹槽的部分的金属膜，确定沉积有金属膜的凹槽为第一导线或第二导线。
[0071] 在一可行的实施例中，制备第一导线或第二导线的制备方法包括：
[0072] 在所述主干表面上镀金属膜，采用激光微加工方式将主干表面上除第一导线或第二导线外的区域去除金属膜，得到第一导线或第二导线。
[0073] 需要说明的是，因为整个结构都是微米级别的，正常加工是无法加工出这样亚微米级别的结构的，所以本申请实施例可以采用以上两种加工第一导线和第二导线，使第一导线和第二导线可以满足微米级别结构的需要。
[0074] 由以上技术方案可知，本申请提供的一种针状面阵成像器件，所述成像器件包括感光层、放大电路层、主干和信号引出线。本申请实施例采用高度集成的微纳加工工艺，制作微小面积的面阵成像器件，将放大电路层和信号引出线设置在垂直于二维面阵的维度，制备得到的成像器件的上端面的面积在100μm-1mm范围内，可以集成在针孔内窥镜和胶囊相机等微小成像设备内，可以实现进入狭小空间进行图像传感的功能。
[0075] 本领域技术人员在考虑
说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的
权利要求指出。
[0076] 应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种
修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
