一种具有隔热层的MEMS红外光源及其制备方法

本发明涉及一种具有隔热层的mems红外光源及其制备方法，属于半导体光电器件。

背景技术：

1、传统的红外光源体积很大且光电转换效率不高，随着半导体技术的发展，mems红外光源是一种新型的热辐射红外光源，具有体积小、响应速度快和功耗低的特点。mems红外光源采用热激发的工作方式，其红外辐射原理类似于灰体辐射。mems红外光源的基本组成为衬底、介质层、加热电阻层和黑体辐射层。衬底是整个光源的支撑结构，上方的各种结构都是在衬底的基础上通过半导体加工技术生成的。介质层通常用来作支撑作用，由于采用悬空设计介质层可以防止电阻塌陷，同时起到绝缘的效果。加热电阻层连接到两端金属电级，在电极上施加电压后，使电阻产生极高的温度，进而产生红外辐射。辐射层通常由粗糙的辐射率高的材料构成，因为电阻在高温下的辐射率较低，所以在加热电阻上方增加辐射层使光源向外发出红外光。

2、目前的mems红外光源的衬底大多由硅晶圆加工而成，在硅基上生成支撑薄膜，在支撑膜上沉积电阻和辐射层。虽然采用悬空结构已经降低了辐射区温度向衬底的传导，但是光电转换效率不高，能量没有得到很好地利用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有隔热层的mems红外光源及其制备方法，解决现有技术中存在的隔热效果不够好、能量利用率低的问题。

2、为实现以上目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种具有隔热层的mems红外光源，包括从下至上依次连接的衬底、隔热薄膜、支撑薄膜、加热电阻和黑体辐射层；

4、所述支撑薄膜包括外框、中心区域和悬臂，所述悬臂连接所述中心区域和所述外框，所述悬臂设有多个，两个相邻的所述悬臂之间形成圆角结构。

5、结合第一方面，进一步的，所述黑体辐射层通过电镀工艺连接在所述中心区域上，所述黑体辐射层的材质包括黑硅和钝化氧化硅。

6、结合第一方面，进一步的，所述衬底的材质包括蓝宝石，所述衬底通过刻蚀将背面贯穿至所述支撑薄膜。

7、结合第一方面，进一步的，所述隔热薄膜的材质包括硒化铋，所述隔热薄膜是一个贯穿的环形结构，所述隔热薄膜通过真空热蒸发技术在所述衬底上的外沿生成。

8、结合第一方面，进一步的，所述支撑薄膜的材质为氧化硅-氮化硅-氧化硅复合材料，所述支撑薄膜通过热氧化或低压化学气相沉积法生长在所述隔热薄膜上。

9、结合第一方面，进一步的，所述加热电阻的材质为铂，通过剥离工艺将铂图形化得到加热电阻。

10、第二方面，本发明还提供了一种如第一方面中任一项所述具有隔热层的mems红外光源的制备方法，包括：

11、选择蓝宝石晶圆作为衬底；

12、在所述衬底上方通过真空热蒸发技术在衬底上的外沿生成隔热薄膜；

13、在所述隔热薄膜上通过热氧化或低压化学气相沉积法生长支撑薄膜；

14、在所述支撑薄膜相对的两个悬臂上沉积加热电阻并将加热电阻图形化，并在相对的两个悬臂上沉积金属电极；

15、在所述支撑薄膜的中心区域上镀一层黑体辐射层；

16、在所述衬底的背面通过刻蚀去除部分支撑薄膜和部分衬底分别形成圆角结构和贯穿的环形结构。

17、结合第二方面，进一步的，所述在所述支撑薄膜相对的两个悬臂上沉积加热电阻并将加热电阻图形化，并在相对的两个悬臂上沉积金属电极，包括：

18、在所述两个悬臂上先通过磁控溅射的方法淀积一层钛硅化合物附着层，用于氧化硅和铂之间的黏附，再在钛上溅射一层铂金属层，然后通过剥离工艺将铂金属层图形化，通过溅射的方式在所述两个悬臂上沉积金属电极。

19、结合第二方面，进一步的，所述在所述支撑薄膜的中心区域上镀一层黑体辐射层，包括：

20、通过反应离子刻蚀的方式在所述支撑薄膜的中心区域上镀一层黑体辐射层。

21、结合第二方面，进一步的，所述刻蚀为碱金属溶液的各向异性刻蚀，通过掩膜覆盖所需要的圆角形状后深反应离子刻蚀去除支撑薄膜的剩余部分，形成悬空的圆角结构。

22、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

23、本发明提供的一种具有隔热层的mems红外光源及其制备方法，在支撑薄膜下方增加了隔热薄膜，当加热电阻通电升温后，热量通过支撑薄膜向衬底的热传导得到了有效的抑制，减少了热量的流失，提高了光源的能量利用率，圆角结构的支撑薄膜有效减少高温产生的应力的影响，增强光源的稳定性。

技术特征：

1.一种具有隔热层的mems红外光源，其特征在于，包括从下至上依次连接的衬底、隔热薄膜、支撑薄膜、加热电阻和黑体辐射层；

2.根据权利要求1所述的具有隔热层的mems红外光源，其特征在于，所述黑体辐射层通过电镀工艺连接在所述中心区域上，所述黑体辐射层的材质包括黑硅和钝化氧化硅。

3.根据权利要求1所述的具有隔热层的mems红外光源，其特征在于，所述衬底的材质包括蓝宝石，所述衬底通过刻蚀将背面贯穿至所述支撑薄膜。

4.根据权利要求1所述的具有隔热层的mems红外光源，其特征在于，所述隔热薄膜的材质包括硒化铋，所述隔热薄膜是一个贯穿的环形结构，所述隔热薄膜通过真空热蒸发技术在所述衬底上的外沿生成。

5.根据权利要求1所述的具有隔热层的mems红外光源，其特征在于，所述支撑薄膜的材质为氧化硅-氮化硅-氧化硅复合材料，所述支撑薄膜通过热氧化或低压化学气相沉积法生长在所述隔热薄膜上。

6.根据权利要求1所述的具有隔热层的mems红外光源，其特征在于，所述加热电阻的材质为铂，通过剥离工艺将铂图形化得到加热电阻。

7.一种如权利要求1至6中任一项所述具有隔热层的mems红外光源的制备方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述在所述支撑薄膜相对的两个悬臂上沉积加热电阻并将加热电阻图形化，并在相对的两个悬臂上沉积金属电极，包括：

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述在所述支撑薄膜的中心区域上镀一层黑体辐射层，包括：

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述刻蚀为碱金属溶液的各向异性刻蚀，通过掩膜覆盖所需要的圆角形状后深反应离子刻蚀去除支撑薄膜的剩余部分，形成悬空的圆角结构。

技术总结本发明公开了一种具有隔热层的MEMS红外光源及其制备方法，属于半导体光电器件技术领域，包括从下至上依次连接的衬底、隔热薄膜、支撑薄膜、加热电阻和黑体辐射层；所述支撑薄膜包括外框、中心区域和悬臂，所述悬臂连接所述中心区域和所述外框，所述悬臂设有多个，两个相邻的所述悬臂之间形成圆角结构；本发明在支撑薄膜下方增加了隔热薄膜，当加热电阻通电升温后，热量通过支撑薄膜向衬底的热传导得到了有效的抑制，减少了热量的流失，提高了光源的能量利用率，圆角结构的支撑薄膜有效减少高温产生的应力的影响，增强光源的稳定性。技术研发人员：滕雪松,禹胜林受保护的技术使用者：南京信息工程大学技术研发日：技术公布日：2024/2/6