一種微橋結構及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及微機電系統(tǒng)技術領域，尤其涉及一種微橋結構及其制備方法的技術。
【背景技術】
[0002] 在微機電系統(tǒng)（MEMS，Micr〇-Electro_Mechanic System)中，通過細長梁支撐連接 位于襯底上方一定間隙的平板薄膜(簡稱主體橋面)，這種結構被稱為微橋結構。
[0003] 在傳感器的應用中，微橋結構的主體橋面通常作為敏感單元，如熱敏微橋的主體 橋面的溫度變化通常通過電阻、電壓、機械位置等參數(shù)的變化轉換為輸出信號，其中廣泛應 用的一種微橋結構，包括由兩種熱膨脹系數(shù)（CTE，Coefficient of Thermal Expansion) 不同的材料組成的雙材料梁，作為懸臂梁的一部分；在溫度發(fā)生變化時，雙材料梁會發(fā)生 彎曲，這種彎曲可以通過結構的機械傳遞轉換為其支撐的主體橋面相對于襯底的高度變 化。在該微橋結構中，根據外界熱輸入(如能量輻射、電阻加熱等)，微橋的雙材料梁溫度發(fā) 生變化，通過結構轉換，最終輸出主體橋面高度的變化，可通過光學(如薄膜與襯底之間組 成的光學干涉結構)、電學(如薄膜與襯底之間構成平板電容）的方法讀出。但是，此類微 橋結構，需考慮主體橋面位置對外界熱輸入(如能量輻射、電阻加熱等）的靈敏度、微橋結 構穩(wěn)固程度、主體橋面占空比、結構復雜度、工藝實現(xiàn)難度等因素，尤其是否能夠對由襯底 溫度變化引起的微橋整體溫度變化進行自補償，因襯底溫度變化會通過熱傳導引起整個微 橋結構的整體溫度同步發(fā)生變化，若這種變化影響到輸出信號，即主體橋面的位置，則在實 際應用中必須對襯底進行恒溫處理或通過其他方式進行補償(如電路補償)，然而，該等補 償方法需要額外的資源和代價。此外，現(xiàn)有技術中實現(xiàn)襯底溫度補償?shù)姆椒ㄈ缰袊鴮＠?CN200780100699. 7公開了一種微橋結構實例，該微橋結構雖然既實現(xiàn)了襯底溫度補償，也 保證了主體橋面的平整，但由于需要4段雙材料梁，其中包括兩種疊合順序即高CTE薄膜分 別位于低CTE薄膜的上方和下方，該微橋結構的雙材料結構比較復雜、工藝實現(xiàn)難度大、加 工成本高，而且微橋薄膜的占空比較低、對溫度變化產生的響應低。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種微橋結構及其制備方法。
[0005] 根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種微橋結構，包括：襯底、主體橋面，以及：
[0006] 第一懸梁臂與第二懸梁臂，用于支撐所述主體橋面懸于所述襯底上方，使得所述 主體橋面與所述襯底相分離；
[0007] 第一連接柱，用于連接所述襯底與所述第一懸臂梁；
[0008] 第二連接柱，用于連接所述襯底與所述第二懸梁臂；
[0009] 其中，所述第一懸臂梁與所述第二懸梁臂分別由第一雙材料梁、第二雙材料梁及 用于連接所述第一雙材料梁與所述第二雙材料梁的絕熱梁組成，所述第一雙材料梁與所述 第二雙材料梁分別由熱膨脹系數(shù)不同的兩組薄膜以相同順序疊合而成，所述第一雙材料梁 通過所述第一連接柱與所述襯底連接并保持熱導通，所述第二雙材料梁與所述主體橋面相 連接并保持熱導通。
[0010] 根據本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種用于制備如前述根據本發(fā)明一個方面的 微橋結構的方法，其中，該方法包括以下步驟：
[0011] a在襯底表面涂覆犧牲層材料，以形成犧牲層；
[0012] b在所述犧牲層上形成用于所述微橋結構的連接柱的凹槽；
[0013] c在所述凹槽內及所述犧牲層上沉積第一組薄膜，以由所述第一組薄膜構成所述 連接柱；
[0014] d在所述第一組薄膜上沉積具有與所述第一組薄膜不同熱膨脹系數(shù)的第二組薄 膜；
[0015] e確定所述微橋結構的雙材料梁的位置，去除所述雙材料梁的位置外的所述第二 組薄膜，以形成所述雙材料梁；
[0016] f確定所述微橋結構的懸梁臂、絕熱梁與主體橋面的對應位置，去除所述對應位置 外的所述第一組薄膜，以形成所述懸梁臂、所述絕熱梁與所述主體橋面，其中，所述懸梁臂 用于支撐所述主體橋面懸于所述襯底上方，所述懸梁臂由兩段所述雙材料梁與用于連接該 兩段雙材料梁的絕熱梁組成，所述襯底與所述懸臂梁通過所述連接柱與所述襯底相連；
[0017] g去除所述犧牲層材料，以獲得所述微橋結構，其中，所述主體橋面與所述襯底之 間存在空隙。
[0018] 根據本發(fā)明的再一個方面，還提供了一種微傳感器，其中，該微傳感器包括如前述 根據本發(fā)明一個方面的微橋結構。
[0019] 根據本發(fā)明的還一個方面，還提供了一種紅外傳感器，其中，該紅外傳感器包括如 前述根據本發(fā)明一個方面的微橋結構。
[0020] 根據本發(fā)明的還一個方面，還提供了一種溫度補償設備，其中，該溫度補償設備包 括如前述根據本發(fā)明一個方面的微橋結構。
[0021] 根據本發(fā)明的還一個方面，還提供了一種焦平面陣列，其中，該焦平面陣列包括如 前述本發(fā)明一個方面的微橋結構形成的陣列。
[0022] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明中微橋結構的懸梁臂的第一雙材料梁與第二雙材料梁分 別由熱膨脹系數(shù)不同的兩組薄膜以相同順序疊合而成，使得當微橋結構的主體橋面和襯底 的溫度發(fā)生相同變化時，第一雙材料梁與第二雙材料梁均發(fā)生形變，但互相抵消，因而主體 橋面與襯底之間空隙不發(fā)生改變，實現(xiàn)了由于微橋結構的襯底溫度變化所可能引起的形變 的自補償；且相對于現(xiàn)有技術中對襯底進行恒溫處理或通過其他方式進行補償(如電路補 償）的方法，本發(fā)明無需額外的資源開銷。而且，本發(fā)明中微橋結構的第一懸梁臂與第二懸 梁臂以所述主體橋面的中心為中心呈中心對稱分布，使得當主體橋面因吸收熱輻射或因通 過電加熱方式溫度升高時，第一懸梁臂與第二懸梁臂中的第一雙材料梁和第二雙材料梁產 生相同的形變，而作為整體的微橋結構，微橋在結構形狀和溫度分布上都保持了中心對稱 分布，這種中心對稱不僅保證了主體橋面不會向任何方向發(fā)生傾斜，實現(xiàn)了主體橋面的平 整性；而且，也提高了微橋結構的穩(wěn)固程度。此外，本發(fā)明中的微橋結構的懸梁臂由兩段雙 材料梁及一段絕熱梁組成，提高了微橋薄膜的占空比；且構成雙材料梁的薄膜疊合順序相 同，因此，本發(fā)明的雙材料梁結構簡單，降低了微橋結構的復雜度及實現(xiàn)工藝。
【附圖說明】
[0023] 通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它 特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：
[0024] 圖1示出根據本發(fā)明一個實施例的微橋結構的立體示意圖；
[0025] 圖2示出與圖1所示的微橋結構立體示意圖相對應的微橋結構的結構俯視圖；
[0026] 圖3示出圖2所示的微橋結構俯視圖中沿A- A截面的截面圖；
[0027] 圖4示出襯底與主體橋面同時升高相同溫度時沿A -A線方向的微橋高度分布及 微橋結構的形變示意圖；
[0028] 圖5示出襯底溫度不變、主體橋面升溫時沿A-A線方向的微橋高度分布及微橋結 構的形變不意圖；
[0029] 圖6示出圖1/圖2所示的微橋結構中主體橋面及襯底均具有復合光學薄膜時的 微橋結構不意圖；
[0030] 圖7示出本發(fā)明微橋結構中形成的干涉裝置所符合的平行平板間光束法布里-珀 羅干涉儀光路示意圖；
[0031] 圖8示出根據本發(fā)明微橋結構中形成的干涉裝置的參考光的透射光強度隨所述 空隙的距離變化而發(fā)生的變化，確定探測目標的溫度的原理示意圖；
[0032] 圖9示出微橋結構在不同溫度的黑體輻射下產生不同微橋透射率時對應的光譜 示意圖；
[0033] 圖10示出參考光的透射光強度(任意單位）與黑體溫度之間的函數(shù)關系示意圖；
[0034] 圖11示出本發(fā)明另一個實施例的微橋結構的結構示意圖；
[0035] 圖12示出本發(fā)明還一個實施例的微橋結構的結構示意圖。
[0036] 附圖中相同或相似的附圖標記代表相同或相似的部件。
【具體實施方式】
[0037] 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0038] 圖1示出根據本發(fā)明一個實施例的微橋結構的立體結構示意圖，圖2示出與圖1 所示的微橋結構立體示意圖相對應的微橋結構的結構俯視圖，其中