一种基于隔热真空腔的MEMS红外光源及其制备方法

本发明涉及半导体光电元器件，特别涉及一种基于隔热真空腔的mems红外光源及其制备方法。

背景技术：

1、mems红外光源是利用普朗克辐射体电致自加热效应诱导辐射层发射红外光。其工作原理是在外部驱动电压作用下，红外光源产生焦耳热，使其温度升高，进而产生红外辐射。mems红外光源基本由衬底、掩膜层、电阻层等结构组成。衬底用于支撑掩膜层、电阻层等结构。电阻层是用导电金属组成，通过施加一定电压，将电转换成热能。

2、目前，mems红外光源是通过半导体工艺加工制作的，起始于硅晶圆衬底，然后在晶圆上沉积起支撑作用的薄膜结构，然后再通过在薄膜上制作电阻层等结构。但是现有光源在工作的过程中，辐射效率较低，热量损失大，继而温度提升不上去，不能满足应用要求，热量损失主要表现为固体传热和与空气的对流传热，这大大增加了光源的功耗。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于隔热真空腔的mems红外光源及其制备方法，以达到降低mems红外光源功耗、提高mems红外光源的工作温度，解决mems红外光源的传热问题，有效降低光源与空气的之间的热对流造成的热量损耗，提高光源的电光转换效率和热辐射，降低光源的功耗，提高在实际工作环境中的稳定性的目的。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种基于隔热真空腔的mems红外光源，包括红外光源主体和键合于其上方的硅帽，所述红外光源主体包括由下到上依次设置的硅衬底、掩膜层、电阻层和绝缘介质层；所述电阻层通过金属剥离工艺形成图形化的电阻结构，电阻结构中心区域为螺旋状，作为加热区域；边侧区域为长方形形状，作为焊盘区域，加热区域和焊盘区域通过连接电阻连接；所述绝缘介质层为环形，分布于加热区域和焊盘区域之间的掩膜层上，部分位于连接电阻上；所述电阻层的焊盘区域沉积有电极层；位于加热区域四周的掩膜层通过刻蚀形成四个腐蚀窗口，所述硅衬底上表面通过腐蚀窗口被刻蚀出隔热槽；所述硅帽键合于绝缘介质层的上方，硅帽与红外光源主体之间形成真空腔体，所述硅帽内表面沉积有增透膜。

4、上述方案中，所述硅帽外表面沉积有增透膜。

5、上述方案中，所述掩膜层为氮氧化硅、二氧化硅或氮化硅一种或多种。

6、上述方案中，所述电阻层为铂金材质。

7、上述方案中，所述绝缘介质层为二氧化硅。

8、上述方案中，所述电极层为金。

9、上述方案中，所述增透膜为氟化镁、二氧化硅或氧化钛。

10、一种基于隔热真空腔的mems红外光源的制备方法，包括如下步骤：

11、s1、在硅晶圆上使用薄膜生长技术生长掩膜层；

12、s2、在掩膜层上沉积电阻层，并通过金属剥离工艺形成电阻结构，电阻结构中心区域为螺旋状，作为加热区域，边侧区域为长方形形状，作为焊盘区域，加热区域和焊盘区域预留连接电阻；

13、s3、在焊盘区域上沉积电极层，并通过金属剥离工艺形成长方形形状的电极区域；

14、s4、在电极区域和加热区域之间的掩膜层上使用薄膜生长技术生长一圈绝缘介质层；

15、s5、在电阻层加热区域的四周通过刻蚀掩膜层形成腐蚀窗口，通过腐蚀窗口对硅衬底刻蚀，形成隔热槽，得到红外光源主体；

16、s6、最后将带有增透膜的硅帽使用晶圆键合工艺键合在红外光源主体的绝缘介质层上方，硅帽与红外光源主体之间形成真空腔体。

17、上述方案中，步骤s1和步骤s4中，所述薄膜生长技术为lpcvd方法；步骤s2和步骤s3中，使用电子束蒸镀或者溅射工艺沉积电阻层和电极层。

18、上述方案中，所述硅帽的制备方法如下：在硅晶圆上旋涂一层光刻胶，再经过光刻曝光后形成刻蚀区域，最后通过icp刻蚀形成硅帽，并用pecvd方法沉积增透膜。

19、通过上述技术方案，本发明提供的一种基于隔热真空腔的mems红外光源及其制备方法具有如下有益效果：

20、本发明所公开的mems红外光源由四个腐蚀窗口形成隔热槽，进而形成四梁结构支撑，并与硅帽键合形成真空腔体，在mems红外光源工作时，可以解决mems红外光源的传热问题，可以有效降低光源与空气之间的热对流造成的热量损耗，减小热损耗，提高光源的电光转换效率和热辐射，降低光源的功耗，从而提高在实际工作环境中的稳定性。

技术特征：

1.一种基于隔热真空腔的mems红外光源，其特征在于，包括红外光源主体和键合于其上方的硅帽，所述红外光源主体包括由下到上依次设置的硅衬底、掩膜层、电阻层和绝缘介质层；所述电阻层通过金属剥离工艺形成图形化的电阻结构，电阻结构中心区域为螺旋状，作为加热区域；边侧区域为长方形形状，作为焊盘区域，加热区域和焊盘区域通过连接电阻连接；所述绝缘介质层为环形，分布于加热区域和焊盘区域之间的掩膜层上，部分位于连接电阻上；所述电阻层的焊盘区域沉积有电极层；位于加热区域四周的掩膜层通过刻蚀形成四个腐蚀窗口，所述硅衬底上表面通过腐蚀窗口被刻蚀出隔热槽；所述硅帽键合于绝缘介质层的上方，硅帽与红外光源主体之间形成真空腔体，所述硅帽内表面沉积有增透膜。

2.根据权利要求1所述的一种基于隔热真空腔的mems红外光源，其特征在于，所述硅帽外表面沉积有增透膜。

3.根据权利要求1所述的一种基于隔热真空腔的mems红外光源，其特征在于，所述掩膜层为氮氧化硅、二氧化硅或氮化硅一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种基于隔热真空腔的mems红外光源，其特征在于，所述电阻层为铂金材质。

5.根据权利要求1所述的一种基于隔热真空腔的mems红外光源，其特征在于，所述绝缘介质层为二氧化硅。

6.根据权利要求1所述的一种基于隔热真空腔的mems红外光源，其特征在于，所述电极层为金。

7.根据权利要求1所述的一种基于隔热真空腔的mems红外光源，其特征在于，所述增透膜为氟化镁、二氧化硅或氧化钛。

8.一种如权利要求1-7任一所述的一种基于隔热真空腔的mems红外光源的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤s1和步骤s4中，所述薄膜生长技术为lpcvd方法；步骤s2和步骤s3中，使用电子束蒸镀或者溅射工艺沉积电阻层和电极层。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述硅帽的制备方法如下：在硅晶圆上旋涂一层光刻胶，再经过光刻曝光后形成刻蚀区域，最后通过icp刻蚀形成硅帽，并用pecvd方法沉积增透膜。

技术总结本发明公开了一种基于隔热真空腔的MEMS红外光源及其制备方法，红外光源包括红外光源主体和键合于其上方的硅帽，红外光源主体包括由下到上依次设置的硅衬底、掩膜层、电阻层和绝缘介质层；电阻层通过金属剥离工艺形成图形化的电阻结构；绝缘介质层为环形；电阻层的焊盘区域沉积有电极层；硅衬底上表面被刻蚀出隔热槽；硅帽键合于绝缘介质层的上方，硅帽与红外光源主体之间形成真空腔体，硅帽内表面沉积有增透膜。本发明所公开的红外光源及制备方法可以解决MEMS红外光源的传热问题，可以有效降低光源与空气之间热对流造成的热量损耗，提高光源的电光转换效率和热辐射，降低光源的功耗，提高在实际工作环境中的稳定性。技术研发人员：陶继方,冯宇彤受保护的技术使用者：山东大学技术研发日：技术公布日：2024/1/15