一種紅外光源及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及紅外技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種紅外光源及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]紅外傳感技術(shù)為二^^一世紀(jì)技術(shù)研宄的一個重要領(lǐng)域，目前，紅外傳感技術(shù)已在污染監(jiān)測檢測、溫度監(jiān)控、空間監(jiān)視、高分辨率成像、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。而且，由于紅外氣體傳感技術(shù)良好的選擇性和極低的誤報警，使得紅外傳感方法在氣體分析中得到了廣泛應(yīng)用。此外，由于一些新技術(shù)和新材料的引入，紅外傳感儀器的小型化乃至微電子機械系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical Systems，簡稱“MEMS”)化已經(jīng)成為一種發(fā)展的趨勢。
[0003]在紅外傳感技術(shù)中，紅外光源的性能很大程度上決定了紅外傳感器的質(zhì)量。目前，國內(nèi)外對紅外氣體傳感器的研宄非?；钴S，多是結(jié)合MEMS工藝技術(shù)，研制體積更小，并能與IC工藝兼容，實現(xiàn)大批量廉價生產(chǎn)的紅外微型光源。由于現(xiàn)有技術(shù)中的紅外光源的熱量會由底部傳導(dǎo)出，并且造成了較多的熱損耗，降低了紅外光源的發(fā)光強度。那么，如何提高紅外光源的性能，是本領(lǐng)域技術(shù)人員急需考慮的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種紅外光源及其制備方法，減少熱傳導(dǎo)通路，降低熱損耗，增強紅外光源的機械強度，提高光源的輻射性能。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種紅外光源，包含:襯底、反射層、支撐結(jié)構(gòu)與發(fā)熱電極；
[0006]所述反射層覆蓋在所述襯底之上；所述支撐結(jié)構(gòu)形成在所述反射層上；
[0007]其中，所述支撐結(jié)構(gòu)與所述反射層之間形成有一空腔，所述發(fā)熱電極固定在所述空腔上方的支撐結(jié)構(gòu)表面。
[0008]本發(fā)明還提供了一種紅外光源的制備方法，包含以下步驟:
[0009]提供襯底；
[0010]在所述襯底上依次形成反射層和犧牲層；
[0011]刻蝕去除部分犧牲層，形成圖形化犧牲層結(jié)構(gòu)；
[0012]在所述反射層和犧牲層的表面形成支撐結(jié)構(gòu)；
[0013]在所述支撐結(jié)構(gòu)上濺射發(fā)熱電極，并圖形化；
[0014]在所述支撐結(jié)構(gòu)上刻蝕形成釋放凹槽，所述釋放凹槽暴露出所述犧牲層；
[0015]通過所述釋放凹槽進行刻蝕，去除所述犧牲層。
[0016]本發(fā)明實施方式相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，將發(fā)熱電極固定在支撐結(jié)構(gòu)上，其中，支撐結(jié)構(gòu)上設(shè)計有支撐柱，防止支撐薄膜塌陷，提高支撐薄膜的機械強度。支撐結(jié)構(gòu)和反射層之間形成有空腔，發(fā)熱電極位于空腔的正上方，由于空腔內(nèi)的空氣或者真空的隔熱效果較佳，從而能夠降低發(fā)熱電極的熱傳導(dǎo)通路，減少熱損耗，此外，位于空腔處的反射層能夠更好的將紅外光反射回去，進一步的提高發(fā)熱電極的發(fā)光強度及發(fā)熱性能。
[0017]另外，所述空腔的深度范圍是4微米?8微米。
[0018]另外，所述支撐結(jié)構(gòu)包括多個支撐柱，所述支撐柱位于所述發(fā)熱電極的正下方。
[0019]另外，所述支撐柱的高度為2微米?4微米。由于紅外光源面積較大，當(dāng)發(fā)熱電極形成在架空的支撐結(jié)構(gòu)上時，容易發(fā)生塌陷。若發(fā)生塌陷時，形成在空腔內(nèi)的支撐柱能夠起到支撐作用，從而減少塌陷對紅外光源造成損害。
[0020]另外，還包含隔離熱絕緣層；所述隔離熱絕緣層形成在所述襯底與所述反射層之間。在襯底與反射層之間增設(shè)隔離熱絕緣層，可以進一步減小發(fā)熱電極產(chǎn)生的熱量向襯底傳導(dǎo)，提高紅外光源的性能。
[0021]另外，所述隔離熱絕緣層采用二氧化硅。
[0022]另外，所述支撐結(jié)構(gòu)材質(zhì)為氮化硅。
[0023]另外，所述反射層可以采用鋁(Al)、金(Au)或者銀(Ag)。利用鋁(Al)、金(Au)或者銀(Ag)制作反射層，紅外熱反射率高，可以高效地將發(fā)熱電極產(chǎn)生的熱量反射回去。
[0024]另外，所述發(fā)熱電極可以采用氮化鈦(TiN)。利用氮化鈦(TiN)制作發(fā)熱電極，熔點高，耐高溫，且在高溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可以使發(fā)熱電極的體積與表面積之比盡可能的小，在工作于高溫時不會產(chǎn)生化學(xué)變化，亦不會隨著時間的推移而產(chǎn)生性能的退化。
[0025]另外，所述犧牲層的材質(zhì)為二氧化硅。
[0026]另外，在所述提供襯底的步驟之后，在所述襯底上覆蓋反射層的步驟中，包含以下子步驟:
[0027]在所述襯底上淀積隔離熱絕緣層；
[0028]在所述隔離熱絕緣層上濺射反射層。
[0029]另外，在所述反射層和犧牲層的表面形成支撐結(jié)構(gòu)之前，包含以下步驟:
[0030]刻蝕所述犧牲層，形成多個支撐柱槽，所述支撐柱槽的位于后續(xù)形成的發(fā)熱電極的正下方；
[0031 ] 在形成所述支撐結(jié)構(gòu)的同時，填充滿所述支撐柱槽，形成支撐柱。
[0032]另外，采用干法或者濕法刻蝕沿著所述釋放凹槽去除所述犧牲層。由于形成的有釋放凹槽，刻蝕所用的氣體或者酸液能夠沿著所述釋放凹槽內(nèi)進入，對所述犧牲層進行刻蝕，不會對支撐結(jié)構(gòu)造成損害。
【附圖說明】
[0033]圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的紅外光源結(jié)構(gòu)剖面示意圖；
[0034]圖2A是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式中的發(fā)熱電極的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖2B是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式中的發(fā)熱電極的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖2C是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式中的發(fā)熱電極的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖2D是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式中的發(fā)熱電極的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖3是根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的紅外光源結(jié)構(gòu)剖面示意圖；
[0039]圖4是根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的紅外光源的制備方法流程圖；
[0040]圖5-7是根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的紅外光源的制備過程中的剖面示意圖；
[0041]圖8-13是根據(jù)本發(fā)明第四實施方式的紅外光源的制備過程中的剖面示意圖；
[0042]圖14至圖16是根據(jù)本發(fā)明第四實施方式的紅外光源的制備過程中的俯視圖。
【具體實施方式】
[0043]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的各實施方式進行詳細(xì)的闡述。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在本發(fā)明各實施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，即使沒有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現(xiàn)本申請各權(quán)利要求所要求保護的技術(shù)方案。
[0044]本發(fā)明的第一實施方式涉及一種紅外光源，具體如圖1所示，包含:襯底110、反射層130、支撐結(jié)構(gòu)300與發(fā)熱電極400 ；
[0045]其中，反射層130覆蓋在襯底120之上，為了減小發(fā)熱電極400產(chǎn)生的熱量向襯底110傳導(dǎo)，同時避免反射層130與襯底110發(fā)生反應(yīng)，通常還會在襯底110與反射層130之間形成一層隔離熱絕緣層120，隔離熱絕緣層120采用二氧化硅即可。由于二氧化硅可以隔離熱，且導(dǎo)電性弱，保證了本實施方式的可行性；
[0046]支撐結(jié)構(gòu)300形成在反射層130上，支撐結(jié)構(gòu)300的材質(zhì)為氮化硅，反射層130采用鋁Al、金Au或者銀Ag等高反射金屬，利用鋁(Al)、金(Au)或者銀(Ag)制作反射層，紅外熱反射率高，可以高效地將發(fā)熱電極產(chǎn)生的熱量反射回去，支撐結(jié)構(gòu)300突起，并和反射層130之間形成一個空腔；空腔內(nèi)可以有空氣，也可以是真空，具有良好的熱絕緣性；
[0047]發(fā)熱電極400通?？梢圆捎玫乀iN、鉑金Pt、NiCr合金、多晶硅或WSi化合物等，在本實施例中，優(yōu)選氮化鈦，利用氮化鈦(TiN)制作發(fā)熱電極，熔點高，耐高溫，且在高溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可以使發(fā)熱電極的體積與表面積之比盡可能的小，在工作于高溫時不會產(chǎn)生化學(xué)變化，亦不會隨著時間的推移而產(chǎn)生性能的退化。
[0048]此外，發(fā)熱電極400固定在空腔上方的支撐結(jié)構(gòu)300的表面。空腔的深度范圍是4微米?8微米，例如是6微米。支撐結(jié)構(gòu)300將發(fā)熱電極400支撐起來，下方形成一個空腔，由于空腔內(nèi)的空氣或者真空的隔熱效果較佳，從而能夠降低發(fā)熱電極400的熱傳導(dǎo)通路，減少熱損耗，此外，位于空腔處的反射層130能夠更好的將熱量反射出，進一步的提高發(fā)熱電極400的發(fā)光強度及發(fā)熱性能。
[0049]在本實施方式中，發(fā)熱電極400的俯視圖可以采用圖2A、圖2B、圖2C、圖2D所示的任意一種。由于發(fā)熱電極是現(xiàn)有成熟的技術(shù)，在此不再贅述。
[0050]在本實施方式中，優(yōu)選地采用鋁(Al)來制作反射層130。由于鋁的紅外熱反射率高，可以高效地將發(fā)熱電極400產(chǎn)生的熱量反射回去，減少傳遞至襯底110的熱量；而且，鋁的成本低，可以節(jié)約成本。當(dāng)然，在本實施方式中，也可以采用金(Au)或者銀(Ag)等紅外熱反射率高的金屬材料制作反射層130，同樣可以高效地將發(fā)熱電極400產(chǎn)生的熱量反射回去。
[0051]另外，在本實施方式中，襯底110可以采用單晶硅。由于單晶硅襯底耐高溫，且可以隔離熱，這樣，可以減小紅外光源對外圍器件的影響。而且，制備單晶硅的技術(shù)是現(xiàn)有成熟的技術(shù)，保證了本實施方式的可行性。
[0052]本發(fā)明的第二實施方式涉及一種紅外光源，具體如圖3所示。第二實施方式在第一實施方式的基礎(chǔ)上作了進一步改進，主要改進之處在于:在本發(fā)明第二實施方式中，支撐結(jié)構(gòu)300包括多個支撐柱310，支撐柱310位于發(fā)熱電極400的正下方。由于紅外光源面積較大，當(dāng)發(fā)熱電極400形成在架空的支撐結(jié)