CN104576860A - 一种红外光源及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及红外技术领域，公开了一种红外光源及其制备方法。本发明中，红外光源，包含：衬底、反射层、支撑体与图形化电极；反射层淀积在衬底之上；支撑层淀积在反射层上，图形化电极淀积在支撑层之上，等离子体反应离子刻蚀(RIE)去除非图形区域支撑层材料，获取图形化电极的支撑体，其中，支撑体的横截面的图形与图形化电极的图形相同且重合。与现有技术相比，非悬空支撑体结构，提高了器件的机械强度，产品良率，保证了器件寿命；同时，由于非图形化支撑体区域为空隙，可以减少热传导通路，降低热质量，提高红外光源的动态性能；而且，位于支撑体下的反射层可以将图形化电极产生的热量反射回去，降低热损耗，提高发光强度。
Description
技术领域
本发明涉及红外技术领域，特别涉及一种红外光源及其制备方法。
背景技术
红外传感技术为二十一世纪技术研究的一个重要领域，目前，红外传感技术已在污染监测检测、温度监控、空间监视、高分辨率成像、医学等领域得到广泛应用。而且，由于红外气体传感技术良好的选择性和极低的误报警，使得红外传感方法在气体分析中得到了广泛应用。此外，由于一些新技术和新材料的引入，红外传感仪器的小型化乃至微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical Systems，简称“MEMS”)化已经成为一种发展的趋势。
在红外传感技术中，红外光源的性能很大程度上决定了红外传感器的质量。目前，国内外对红外气体传感器的研究非常活跃，多是结合MEMS工艺技术，研制体积更小，并能与IC工艺兼容，实现大批量廉价生产的红外微型光源。但是，随着体积的减小，红外光源产生的热量无法在短时间内散去，这对红外光源的性能产生了十分不利的影响。同时，红外光源的寿命与稳定性也成为决定器件是否实用的关键因素之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种红外光源及其制备方法，可以提高器件的机械强度，产品良率，保证器件寿命；同时，可以减少热传导通路，降低热质量，提高红外光源的动态性能；而且，还可以降低热损耗，提高发光强度。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种红外光源，包含：衬底、反射层、支撑体与图形化电极；
所述反射层淀积在所述衬底之上；所述支撑体形成在所述反射层上；所述图形化电极淀积在所述支撑体上；
其中，所述支撑体的横截面的图形与所述图形化电极的图形相同且重合。
本发明还提供了一种红外光源的制备方法，包含以下步骤：
提供衬底；
在所述衬底上淀积反射层薄膜；
在所述反射层薄膜上淀积支撑层薄膜；
在所述支撑层薄膜上淀积图形化电极；
刻蚀掉所述支撑层薄膜上、所述图形化电极之外的部分，得到支撑体；
其中，所述支撑体的横截面的图形与所述图形化电极的图形相同且重合。
本发明实施方式相对于现有技术而言，是将图形化电极淀积在支撑体上，其中，支撑体的横截面的图形与图形化电极的图形相同且重合，由于图形化电极是具有图形结构的电阻丝，电阻丝之间留有空隙，所以，图形化电极下的支撑体具有同样图形结构，而支撑体中不支撑图形化电极的部分为空隙。这样，非悬空支撑体结构，提高了器件的机械强度，产品良率，保证了器件寿命；同时，由于非图形化支撑体区域为空隙，可以减少热传导通路，降低热质量，提高红外光源的动态性能；而且，位于支撑体下的反射层可以将图形化电极产生的热量反射回去，降低热损耗，提高发光强度。
另外，所述支撑体的厚度大于6微米。这样，图形化电极产生的热量的衰减距离较大，减少了通过支撑体向衬底传递的热量，有利于提高红外光源的性能。
另外，所述支撑体可以采用二氧化硅(SiO2)。利用二氧化硅制作的支撑体耐高温，且热膨胀系数小，在高温下不会因膨胀变形失去支撑的作用。
另外，所述反射层可以采用铝(Al)、金(Au)或者银(Ag)。利用铝(Al)、金(Au)或者银(Ag)制作反射层，红外热反射率高，可以高效地将图形化电极产生的热量反射回去。
另外，所述图形化电极的材料可以为以下任意一种：铂金、镍铬合金、硅化钨(WSi)、氮化钛(TiN)或者多晶硅。优选地，利用氮化钛(TiN)制作图形化电极，熔点高，耐高温，且在高温下化学性质稳定，在工作于高温时不会产生化学变化，亦不会随着时间的推移而产生性能的退化。
另外，还可以包含隔离热绝缘层；所述隔离热绝缘层在所述衬底与所述反射层之间。在衬底与反射层之间增设隔离热绝缘层，可以进一步减小图形化电极产生的热量向衬底传递，提高红外光源的性能。
另外，还可以包含钝化吸收层；所述钝化吸收层淀积在每一个所述图形化电极上。将每一图形化电极上均淀积钝化吸收层，可以提高图形化电极的红外发射率，进而提高红外光源的性能。
另外，所述钝化吸收层的材料可以为以下任意一种：氮化硅、氧化硅、氮化钛、金黑或者铂黑。
另外，所述衬底的中间部分被挖空；其中，所述衬底的中间部分位于所述支撑体的下方。将支撑体下方对应的衬底部分挖空，可以散去传递到衬底中的图形化电极产生的热量，进一步提高了红外光源的性能。
附图说明
图1是根据本发明第一实施方式的红外光源结构剖面示意图；
图2A是根据本发明第一实施方式中的电极的结构示意图；
图2B是根据本发明第一实施方式中的电极的结构示意图；
图2C是根据本发明第一实施方式中的电极的结构示意图；
图2D是根据本发明第一实施方式中的电极的结构示意图；
图3是根据本发明第二实施方式的红外光源结构剖面示意图；
图4是根据本发明第三实施方式的红外光源结构剖面示意图；
图5是根据本发明第四实施方式的红外光源的制备方法流程图；
图6是根据本发明第四实施方式中的红外光源的制备过程中的剖面图；
图7是根据本发明第五实施方式的红外光源的制备方法流程图；
图8是根据本发明第六实施方式的红外光源的制备方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
本发明的第一实施方式涉及一种红外光源，具体如图1所示，包含：衬底101、反射层102、支撑体103、图形化电极104与隔离热绝缘层105。
其中，支撑体的横截面与图形化电极的图形相同。在本实施方式中，图形化电极可以采用图2A、图2B、图2C、图2D所示的任意一种。其中，图形化电极的材料可以为以下任意一种：铂金、镍铬合金、硅化钨(WSi)、氮化钛(TiN)或者多晶硅。优选地，利用氮化钛(TiN)制作图形化电极，熔点高，耐高温，且在高温下化学性质稳定，在工作于高温时不会产生化学变化，亦不会随着时间的推移而产生性能的退化。由于图形化电极是现有成熟的器件，在此不再赘述。
隔离热绝缘层105淀积在衬底101上，形成在衬底101与反射层102之间。隔离热绝缘层105采用二氧化硅，其中，二氧化硅可以隔离热，且导电性弱。这样，由于隔离热绝缘层105可以隔离图形化电极产生的热量，且导电性弱，这样，可以阻止图形化电极产生的热量向衬底101传递，提高了红外光源的性能。
反射层102淀积在隔离热绝缘层105之上；支撑体103形成在反射层102上。在本实施方式中，优选地采用铝(Al)来制作反射层。由于铝的红外热反射率高，可以高效地将图形化电极产生的热量反射回去，减少传递至衬底的热量；而且，铝的成本低，可以节约成本。当然，在本实施方式中，也可以采用金(Au)或者银(Ag)等红外热反射率高的金属材料制作反射层，同样可以高效地将图形化电极产生的热量反射回去。
图形化电极104淀积在支撑体103上，且支撑体103的横截面的图形与图形化电极的图形重合。具体地说，将图形化电极104淀积在支撑体103上，其中，支撑体103的横截面与图形化电极104的图形相同，且支撑体103的横截面的图形与图形化电极104的图形重合，由于图形化电极104是具有图形结构的电阻丝，电阻丝之间留有空隙，所以，图形化电极104下的支撑体103具有同样图形结构，而支撑体103中不支撑图形化电极104的部分为空隙。这样，非悬空支撑体结构，提高了器件的机械强度，产品良率，保证了器件寿命；同时，由于非图形化支撑体区域为空隙，可以通过支撑体103之间的空隙减少热传导通路，降低热质量，提高红外光源的动态性能。而且，位于支撑体103下方的反射层102，可以将图形化电极104产生的热量反射回去，其中，此处反射回去的热量既包含图形化电极104发出的、通过支撑体103之间的空隙传递的热量，还包含通过支撑体103传递的热量，这样，可以降低热损耗，提高发光强度。
在本实施方式中，支撑体可以采用二氧化硅(SiO2)，且支撑体的厚度大于6微米。由于二氧化硅耐高温，且热膨胀系数小，所以，利用二氧化硅制作的支撑体，在高温下不会因膨胀变形失去支撑的作用；又当支撑体的厚度大于6微米时，图形化电极产生的热量的衰减距离较大，这样，可以减少通过支撑体向衬底传递热量，有利于提高红外光源的性能。
另外，在本实施方式中，衬底可以采用单晶硅。由于单晶硅衬底耐高温，且可以隔离热，这样，可以减小红外光源对外围器件的影响。而且，制备单晶硅的技术是现有成熟的技术，保证了本实施方式的可行性。
与现有技术相比，是将图形化电极淀积在支撑体上，其中，支撑体的横截面与图形化电极的图形相同，且支撑体的横截面的图形与图形化电极的图形重合，由于图形化电极是具有图形结构的电阻丝，电阻丝之间留有空隙，所以，图形化电极下的支撑体具有同样图形结构，而不支撑图形化电极的部分为空隙，这样，非悬空支撑层结构，提高了器件的机械强度，产品良率，保证了器件寿命；同时，可以减少热传导通路，降低热质量；而且，位于支撑体下的反射层可以将图形化电极产生的热量反射回去，降低热损耗，提高发光强度。
本发明的第二实施方式涉及一种红外光源，具体如图3所示。第二实施方式在第一实施方式的基础上作了进一步改进，主要改进之处在于：在本发明第二实施方式中，还包含钝化吸收层301；该钝化吸收层301淀积在图形化电极104上，这样，可以提高图形化电极的红外发射率，进而提高红外光源的性能。
具体地说，在本实施方式中，包含衬底101、反射层102、支撑体103、图形化电极104、隔离热绝缘层105与钝化吸收层301。其中，钝化吸收层301的材料可以为以下任意一种：氮化硅、氧化硅、氮化钛、金黑或者铂黑。在本实施方式中，钝化吸收层301优选地采用氮化钛(TiN)。由于氮化钛(TiN)熔点高，耐高温，且在高温下化学性质稳定，在红外光源工作时可以保持稳定。
本发明的第三实施方式涉及一种红外光源，具体如图4所示。第三实施方式在第一实施方式的基础上作了进一步改进，主要改进之处在于：在本发明第三实施方式中，衬底的中间部分被挖空；其中，衬底的中间部分位于若干个支撑体的下方，这样，可以散去传递到衬底中的图形化电极产生的热量，进一步提高了红外光源的性能。
具体地说，将支撑体下方对应的衬底部分挖空，这样，传递至衬底中的、图形化电极产生的热量不会聚集在衬底中，而是被散发出去，这样，避免了衬底因热量聚集而温度升高，进而避免了影响外围的其他器件。
本发明的第四实施方式涉及一种红外光源的制备方法，具体流程如图5所示，包含以下步骤：
步骤501，提供衬底101。
步骤502，在衬底101上淀积隔离热绝缘层薄膜105。
步骤503，在隔离热绝缘层薄膜105上淀积反射层薄膜102。
步骤504，在反射层薄膜102上淀积支撑层薄膜1031。其中，支撑层薄膜1031为二氧化硅(SiO2)。
步骤505，在支撑层薄膜上1031淀积图形化电极104。本步骤对应的剖面图如图6所示。
步骤506，刻蚀掉支撑层薄膜1031上、除图形化电极104之外的部分，得到支撑体103；其中，支撑体103的横截面的图形与图形化电极的图形相同且重合。在本步骤中，采用等离子体反应离子刻蚀(RIE)刻蚀掉支撑层薄膜1031上、除图形化电极104之外的部分。RIE是现有成熟的技术，在此不再赘述。本步骤对应的剖面图如图1所示。
不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的系统实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。
本发明的第五实施方式涉及一种红外光源的制备方法，具体流程如图7所示。第五实施方式在第四实施方式的基础上作了进一步改进，主要改进之处在于：在本发明第五实施方式中，还包含在图形化电极104上淀积钝化吸收层301的步骤，这样，可以提高图形化电极的红外发射率，进而提高红外光源的性能。
具体地说，在本实施方式中，包含以下步骤：
步骤701，提供衬底101。本步骤与第四实施方式中的步骤501相似，在此不再赘述。
步骤702，在衬底101上淀积隔离热绝缘层薄膜105。本步骤与第四实施方式中的步骤502相似，在此不再赘述。
步骤703，在隔离热绝缘层薄膜105上淀积反射层薄膜102。本步骤与第四实施方式中的步骤503相似，在此不再赘述。
步骤704，在反射层薄膜102上淀积支撑层薄膜1031。本步骤与第四实施方式中的步骤504相似，在此不再赘述。
步骤705，在支撑层薄膜1031上淀积图形化电极104。本步骤与第四实施方式中的步骤505相似，在此不再赘述。
步骤706，刻蚀掉支撑层薄膜1031上、图形化电极104之外的部分，得到支撑体103。本步骤与第四实施方式中的步骤506相似，在此不再赘述。
步骤707，在图形化电极104上淀积钝化吸收层301。本步骤对应的剖面图如图3所示。在本步骤中，还刻蚀掉部分钝化吸收层301，暴露出图形化电极104的引线端子。
由于第二实施方式与本实施方式相互对应，因此本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，在第二实施方式中所能达到的技术效果在本实施方式中也同样可以实现，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。
本发明的第六实施方式涉及一种红外光源的制备方法，具体如图8所示。第六实施方式在第四实施方式的基础上作了进一步改进，主要改进之处在于：在本发明第六实施方式中，挖空支撑体下方的衬底，这样，可以散去传递到衬底中的图形化电极产生的热量，进一步提高了红外光源的性能。
具体地说，在本实施方式中，包含步骤801～807，其中，801～806分别与第一实施方式中的步骤501～506相似，在此不再赘述，唯一的区别在于，本实施方式还包含步骤807：
步骤807，挖空支撑体下方的衬底。将支撑体下方对应的衬底部分挖空，可以散去传递到衬底中的图形化电极产生的热量，进一步提高红外光源的性能。
由于第三实施方式与本实施方式相互对应，因此本实施方式可与第三实施方式互相配合实施。第三实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，在第三实施方式中所能达到的技术效果在本实施方式中也同样可以实现，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第三实施方式中。
上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (16)
1.一种红外光源，其特征在于，包含：衬底、反射层、支撑体与图形化电极；
所述反射层淀积在所述衬底之上；所述支撑体形成在所述反射层上；所述图形化电极淀积在所述支撑体上，
其中，所述支撑体的横截面的图形与所述图形化电极的图形相同且重合。
2.根据权利要求1所述的红外光源，其特征在于，所述支撑体的厚度大于6微米。
3.根据权利要求1所述的红外光源，其特征在于，所述支撑体采用二氧化硅SiO2。
4.根据权利要求1所述的红外光源，其特征在于，所述反射层采用铝Al、金Au或者银Ag。
5.根据权利要求1所述的红外光源，其特征在于，所述图形化电极的材料为以下任意一种：
铂金、镍铬合金、硅化钨WSi、氮化钛TiN或者多晶硅。
6.根据权利要求1所述的红外光源，其特征在于，所述衬底采用单晶硅。
7.根据权利要求1所述的红外光源，其特征在于，还包含隔离热绝缘层；
所述隔离热绝缘层在所述衬底与所述反射层之间。
8.根据权利要求7所述的红外光源，其特征在于，所述隔离热绝缘层采用二氧化硅。
9.根据权利要求1所述的红外光源，其特征在于，还包含钝化吸收层；
所述钝化吸收层淀积在每一个所述图形化电极上。
10.根据权利要求9所述的红外光源，其特征在于，所述钝化吸收层的材料为以下任意一种：
氮化硅、氧化硅、氮化钛、金黑或者铂黑。
11.根据权利要求1所述的红外光源，其特征在于，所述衬底的中间部分被挖空；其中，所述衬底的中间部分位于所述支撑体的下方。
12.一种红外光源的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
提供衬底；
在所述衬底上淀积反射层薄膜；
在所述反射层薄膜上淀积支撑层薄膜；
在所述支撑层薄膜上淀积图形化电极；
刻蚀掉所述支撑层薄膜上、所述图形化电极之外的部分，得到支撑体；
其中，所述支撑体的横截面的图形与所述图形化电极的图形相同且重合。
13.根据权利要求12所述的红外光源的制备方法，其特征在于，所述支撑层薄膜的材料为二氧化硅SiO2。
14.根据权利要求12所述的红外光源的制备方法，其特征在于，在所述衬底上淀积反射层薄膜的步骤中，包含以下子步骤：
在所述衬底上淀积隔离热绝缘层薄膜；
在所述隔离热绝缘层薄膜上淀积反射层薄膜。
15.根据权利要求12所述的红外光源的制备方法，其特征在于，在所述刻蚀掉所述支撑层薄膜上、所述图形化电极之外的部分，得到支撑体的步骤之后，包含以下步骤：
在所述图形化电极上淀积钝化吸收层。
16.根据权利要求12所述的红外光源的制备方法，其特征在于，在所述刻蚀掉所述支撑层薄膜上、所述图形化电极之外的部分，得到支撑体的步骤之后，还包含以下步骤：
挖空支撑体下方的衬底。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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