一种高性能的新型MEMS红外光源的制作方法

本技术涉及红外光源的，尤其涉及一种高性能的新型mems红外光源。

背景技术：

1、红外光源作为红外应用系统的核心部件，其主要功能是为红外传感器提供一定波段的红外光。目前的红外光源有热辐射式（包括mems红外光源、白炽灯等）、半导体式、气体放电式和红外激光器等。然而，传统的红外光源存在功耗高、电光转换效率低、寿命短和尺寸大等缺点，无法满足高性能的应用需求。

2、微机电系统（micro electromechanical system, mems）成为新的器件工艺，该技术融合了表面工艺、体硅工艺等微加工方法，也使得mems器件具有功耗低、可靠性高、灵敏度高和小尺寸等优点。因此，mems技术成为制备高性能红外光源的首选途径。新型mems红外光源在红外气体探测、红外通信、光电特征标识等多类红外装置中被广泛应用。

3、mems红外光源的结构主要有：衬底、支撑层、加热电阻、红外辐射增强层等。其工作原理是，通过对加热电阻施加电压或电流，电阻因焦耳热达至预设温度，光源在预设温度下发射一定波长范围和能量的红外光谱。

4、mems红外光源的辐射强度和电光转换效率方面，主要分为有效辐射和无效辐射。有效辐射是指mems红外光源发光过程中，加热电阻向上传播被传感器利用的红外辐射能量；无效辐射是指加热电阻下方经支撑层和衬底背向传导的红外辐射能量，这部分能量损失增加了mems红外光源的加热功耗。因此需要从器件结构出发，增强红外光源的有效辐射并降低无效辐射能耗。

5、已有技术中，通过在加热电阻下方的衬底中制造出特殊空腔以释放光源器件层，达到降低热传导能耗的目的。或尝试在光源器件结构中增设反射层和辐射增强层改善性能，增强辐射强度，降低加热功耗并提高红外光源的电光转换效率（如中国发明专利申请公开号cn115818556a和中国实用新型发明专利申请公告号cn216918615u等）。但是，这些方案虽然能够实现提升红外光源辐射强度和电光转换效率，但是器件结构的工艺复杂、制造难度较大、成本较高，需更优化结构得以改进。

6、mems红外光源的寿命方面，器件的机械强度是一个重要指标。在高温和冲击下保证mems红外光源的可靠性，需要依靠红外光源的支撑结构。支撑层的主要作用是承载光源器件层，需要保证器件薄膜的应力和变形在很小范围以达到强度要求，一般设计经验采用单层sio2、si3n4材料或两者叠层。但是，介质材料的脆性问题牵制着mems红外光源的性能，需要进一步改进结构从而提升器件的寿命。

技术实现思路

1、针对mems红外光源寿命短的技术问题，本实用新型提出一种高性能的新型mems红外光源，具有高电光转换效率和寿命长等高性能。

2、为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

3、一种高性能的新型mems红外光源，包括由下至上依次设置的衬底、支撑层、加热电阻、绝缘层和辐射增强层；电极层，电极层与加热电阻形成电连接。例如将电极层设于绝缘层上，通过绝缘层上的电极孔与加热电阻形成电连接。所述支撑层包括多个介质层和至少一个金属层，金属层位于介质层之间，呈夹心结构。

4、所述支撑层包括三个介质层和一个金属层，由上至下依次为第一介质层、金属层、第二介质层和第三介质层，第一介质层位于靠近衬底的一侧，所述第一介质层和第三介质层的材料均为氮化硅，第三介质层的材料为氧化硅层。

5、所述金属层的材料为金或铝。

6、所述加热电阻为回折型的丝状串联电阻结构。

7、所述回折型的丝状串联电阻结构的中心区域电阻条间隙大于边缘的电阻条间隙。

8、所述绝缘层为二氧化硅和氮化硅单层或复合层。

9、所属辐射增强层表面具有圆柱体或圆锥形的纳米结构（纳米辐射层），所属辐射增强层的材料为铂黑、炭黑或碳纳米管。

10、所述衬底中心在加热电阻区域设有空腔。

11、在所述空腔顶部支撑层的下方设置反射层。

12、所述加热电阻和支撑层间设有黏附层，黏附层的材料为金属钛。

13、本实用新型的有益效果：

14、1、该mems红外光源器件的支撑层以金属反射材料和介质材料结合构建的方案不仅可以增强光源器件结构稳定性，还可以减少光源的能量损耗，进而提高器件电光转换效率和使用寿命。

15、2、该mems红外光源的加热电阻采用回折型的串联电阻设计，电阻条间隙被设计为中心区域大、边缘区域小，这有效提升了辐射区域温度分布的均匀性。

16、3、该红外光源的衬底中心位置开设有空腔，可以有效降低热容，减少热传导能耗，提升器件的电光转换效率。

17、4、增设高发射率的纳米辐射增强层，提高了光源辐射发射率，进而增强了mems红外光源的辐射强度和电光转换效率。

18、5、该红外光源的制造工艺简单、成本低，并且不同材料层间的连接设置可以提升器件的寿命和产品良率，这有利于提高产品的实用价值。

技术特征：

1.一种高性能的新型mems红外光源，包括由下至上依次设置的衬底(1)、支撑层、加热电阻(8)、绝缘层(6)和辐射增强层(9)；电极层(7)，电极层(7)与加热电阻(8)形成电连接；其特征在于，所述支撑层包括多个介质层和至少一个金属层(3)，金属层(3)位于介质层之间，呈夹心结构。

2.根据权利要求1所述的高性能的新型mems红外光源，其特征在于，所述支撑层包括三个介质层和一个金属层(3)，由上至下依次为第一介质层(2)、金属层(3)、第二介质层(4)和第三介质层(5)，第一介质层(2)位于靠近衬底(1)的一侧，所述第一介质层(2)和第三介质层(5)的材料均为氮化硅，第三介质层(5)的材料为氧化硅层。

3.根据权利要求1或2所述的高性能的新型mems红外光源，其特征在于，所述金属层(3)的材料为金或铝。

4.根据权利要求3所述的高性能的新型mems红外光源，其特征在于，所述加热电阻(8)为回折型的丝状串联电阻结构。

5.根据权利要求4所述的高性能的新型mems红外光源，其特征在于，所述回折型的丝状串联电阻结构的中心区域电阻条间隙大于边缘的电阻条间隙。

6.根据权利要求1-2或4-5中任一项所述的高性能的新型mems红外光源，其特征在于，所述绝缘层(6)为二氧化硅和氮化硅单层或复合层。

7.根据权利要求6所述的高性能的新型mems红外光源，其特征在于，所属辐射增强层(9)表面具有圆柱体或圆锥形的纳米结构，所属辐射增强层(9)的材料为铂黑、炭黑或碳纳米管。

8.根据权利要求7所述的高性能的新型mems红外光源，其特征在于，所述衬底(1)中心在加热电阻(8)区域设有空腔(10)。

9.根据权利要求8所述的高性能的新型mems红外光源，其特征在于，在所述空腔(10)顶部支撑层的下方设置反射层(11)。

10.根据权利要求1所述的高性能的新型mems红外光源，其特征在于，所述加热电阻(8)和支撑层间设有黏附层，黏附层的材料为金属钛。

技术总结本技术提出了一种高性能的新型MEMS红外光源，涉及红外光源的技术领域，用以解决MEMS红外光源辐射性能差、寿命短的技术问题。本技术MEMS红外光源包括由下至上依次设置的衬底、支撑层、加热电阻、绝缘层和辐射增强层；电极层，电极层与加热电阻形成电连接；其特征在于，所述支撑层包括多个介质层和至少一个金属层，金属层位于介质层之间，呈夹心结构。本技术的MEMS红外光源通过在支撑结构中添加金属反射层材料，与介质材料连接以承载光源发光结构，不仅提高了光源器件的寿命和良率，还增强了光源的电光转换效率。该MEMS红外光源整体结构设计，实现了高电光转换效率、寿命高等器件性能，并具有工艺简单、成本低的特点。技术研发人员：古瑞琴,李威,许泽斌,刘琦受保护的技术使用者：郑州炜盛电子科技有限公司技术研发日：20231115技术公布日：2024/6/11