一种陶瓷支撑梁式的MEMS红外光源及其制造方法与流程

本发明涉及红外光源，特别是涉及一种陶瓷支撑梁式的mems红外光源及其制造方法。

背景技术：

1、mems红外光源需要加热层产生的焦耳热进行工作，当电流通过加热层的电阻线条时，加热层的电阻线条产生的焦耳热会因为热传导、热对流和热辐射散失，尤其热传导是造成热量散失的主要因素，只有一部分热量被应用在辐射层中。

2、传统技术中人们为了减少热量的耗散，通常采用氮化硅或者氮化硅和氧化硅的复合体作为加热丝的支撑梁，这样做可以有效的减少热传导耗散的热量，但是氮化硅和氮化硅、氧化硅的复合体导热系数高，所以使用氮化硅和氮化硅、氧化硅的复合体作为支撑梁结构还是会导致热量散失，会带来更大的功耗；

3、传统技术中的mems红外光源的支撑梁会由于长期通电断电产生热胀冷缩，氮化硅和氮化硅、氧化硅的复合体的热膨胀系数高，容易产生局部热胀冷缩的现象从而造成悬膜结构凹凸不平的问题，更容易引发加热丝阻值的变化，从而导致红外光源的不稳定的问题。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种陶瓷支撑梁式的mems红外光源，用于解决现有技术中使用氮化硅和氮化硅、氧化硅的复合体作为支撑梁结构会导致热量散失，会带来更大的功耗的问题，以及氮化硅和氮化硅、氧化硅的复合体的热膨胀系数高，容易产生局部热胀冷缩的现象从而造成悬膜结构凹凸不平的问题，更容易引发加热丝阻值的变化，从而导致红外光源的不稳定的问题，同时，本发明还将提供陶瓷支撑梁式的mems红外光源的制备方法；此外，本发明还将提供陶瓷支撑梁式的mems红外光源的新用途。

2、为实现上述目的及其他相关目的，

3、本发明的第一方面，提供一种陶瓷支撑梁式的mems红外光源，所述mems红外光源包括：

4、单晶硅衬底1；

5、位于单晶硅衬底1上表面且用于形成支撑的陶瓷支撑梁2；

6、位于陶瓷支撑梁2上表面的加热丝层3，所述加热丝层3上通过磁控溅射工艺溅射有金属加热丝302和加热丝电极301；

7、包覆在加热丝层3外表面的绝缘层4；

8、位于绝缘层4上表面的辐射层5；

9、所述单晶硅衬底1下表面采用湿法刻蚀工艺刻蚀有空腔6，所述空腔6的位置与所述加热丝层3对应。

10、于本发明的一实施例中，所述陶瓷支撑梁2的梁结构由采取x形的四组悬梁构成。

11、于本发明的一实施例中，所述金属加热丝302材料为铂、金、多晶硅中的任一种。

12、于本发明的一实施例中，所述绝缘层4材料为氮化硅或者氧化硅中的任一种。

13、于本发明的一实施例中，所述辐射层5材料为碳或者经过刻蚀之后的多晶硅形成的黑硅中的任一种。

14、本发明的第二方面，提供一种制备陶瓷支撑梁式的mems红外光源的方法，包括如下步骤：

15、[1]制备单晶硅衬底1：a)选取：单晶硅的尺寸为2寸、4寸、6寸或8寸，选取合适的尺寸作为单晶硅衬底1；

16、b)清洁：用有机溶剂、去离子水等溶液对单晶硅衬底1的表面进行清洗，并吹干；

17、[2]制备陶瓷支撑梁2：a)印刷：将陶瓷浆料按照x形四组悬梁图案丝网印刷在所述的单晶硅衬底1上；

18、b)烘干：将印刷后的陶瓷浆料在50-200℃的温度下烘干2-24h；

19、c)煅烧：将烘干后的陶瓷浆料在450-1400℃的温度下煅烧2-24h，煅烧至形成陶瓷层，构成陶瓷支撑梁2的梁结构；

20、[3]制备加热丝层3：a)光刻：采用光刻显影技术在陶瓷支撑梁2上光刻出加热丝形状以及加热丝两端的电极形状；

21、b)溅射：采用磁控溅射技术在加热丝形状表面溅射一层金属加热丝302，以及在加热的电极形状表面溅射一层金属加热丝电极301，构成加热丝层3；

22、c)剥离：采用剥离工艺去除多余光刻胶及胶上的金属；

23、[4]制备绝缘层4：采用气相沉积技术在金属加热丝302的外表面沉积一层绝缘层4；

24、[5]制备辐射层5：采用气相化学沉积的技术在绝缘层4的上表面沉积一层辐射层5；

25、[6]制备空腔6：使用湿法刻蚀技术刻蚀单晶硅衬底1的底部，在单晶硅衬底1的底部形成空腔6。

26、于本发明的一实施例中，所述陶瓷支撑梁2的宽度是整个mems红外光源宽度的2％-35％，陶瓷支撑梁2的厚度为500-5000nm。

27、于本发明的一实施例中，所述加热丝层3的厚度和所述辐射层的厚度均为50-500nm。

28、于本发明的一实施例中，所述绝缘层4的厚度为100-800nm。

29、本发明的第三方面，提供一种陶瓷支撑梁式的mems红外光源的新用途，其特征在于，所述陶瓷材料在制备mems红外光源方面上作为支撑梁的应用。

30、如上所述，本发明提供的一种陶瓷支撑梁式的mems红外光源及其制造方法，具有以下

31、有益效果：

32、1、通过采用陶瓷材料作为mems红外光源的支撑梁结构，陶瓷材料具有更低导热系数，和传统意义上使用的氮化硅或氮化硅和氧化硅的复合体组成的支撑梁相比，隔热效果更加显著，从而减少热量散失，降低mems红外光源工作功耗；陶瓷材料的膨胀系数更低，由陶瓷材料构成的支撑梁能够避免长期通电断电产生热胀冷缩现象造成悬膜结构凹凸不平的问题，加热丝阻值的变化更小，提高红外光源的稳定性；并且，陶瓷材料更加坚硬，作为红外光源的支撑梁能够更加牢固可靠；

33、2、mems红外光源的制备方法上采用印刷、烘干和煅烧的工艺将陶瓷材料和单晶硅衬底1结合起来，相比于制作氮化硅或氮化硅和氧化硅的复合体工艺更加简单，节省制作成本，适合于大批量生产。

技术特征：

1.一种陶瓷支撑梁式的mems红外光源，其特征在于，所述mems红外光源包括：

2.根据权利要求1所述的陶瓷支撑梁式的mems红外光源，其特征在于：所述陶瓷支撑梁(2)的梁结构由采取x形的四组悬梁构成。

3.根据权利要求1所述的陶瓷支撑梁式的mems红外光源，其特征在于：所述金属加热丝(302)材料为铂、金、多晶硅中的任一种。

4.根据权利要求1所述的陶瓷支撑梁式的mems红外光源，其特征在于：所述绝缘层(4)材料为氮化硅或者氧化硅中的任一种。

5.根据权利要求1所述的陶瓷支撑梁式的mems红外光源，其特征在于：所述辐射层(5)材料为碳或者经过刻蚀之后的多晶硅形成的黑硅中的任一种。

6.一种制备如权利要求1-5任一项所述陶瓷支撑梁式的mems红外光源的方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的陶瓷支撑梁式的mems红外光源制备方法，其特征在于：所述陶瓷支撑梁(2)的宽度是整个mems红外光源宽度的2％-35％，陶瓷支撑梁(2)的厚度为500-5000nm。

8.根据权利要求6所述的陶瓷支撑梁式的mems红外光源制备方法，其特征在于：所述加热丝层(3)的厚度和所述辐射层的厚度均为50-500nm。

9.根据权利要求6所述的陶瓷支撑梁式的mems红外光源制备方法，其特征在于：所述绝缘层(4)的厚度为100-800nm。

10.一种如权利要求1-5任一项所述陶瓷支撑梁式的mems红外光源的新用途，其特征在于，所述陶瓷材料在制备mems红外光源方面上作为支撑梁的应用。

技术总结本发明涉及红外光源技术领域，提供了一种陶瓷支撑梁式的MEMS红外光源及其制造方法；所述MEMS红外光源包括单晶硅衬底、陶瓷支撑梁、加热丝层、绝缘层、辐射层，以及刻蚀在单晶硅衬底上的空腔；所述制备方法包括单晶硅衬底、陶瓷支撑梁、加热丝层、绝缘层、辐射层、空腔的制备；通过采用陶瓷材料作为MEMS红外光源的支撑梁结构，陶瓷材料具有更低导热系数，隔热效果更加显著，从而减少热量散失，降低MEMS红外光源工作功耗；陶瓷材料的膨胀系数更低，能够避免长期通电断电产生热胀冷缩现象造成悬膜结构凹凸不平的问题，加热丝阻值的变化更小，提高红外光源的稳定性；MEMS红外光源制备工艺更加简单，节省制作成本，适合于大批量生产。技术研发人员：臧寿兵,钱晨,窦云轩受保护的技术使用者：中微龙图电子科技无锡有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/1/15