CN105579832A - 红外线放射装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种能防止由于热引起的电极劣化的红外线放射装置及制造方法。红外线放射装置包括基板(11)、绝缘层(12)、发热层(13)、电极(15)、基底部(17)和电导体(16)。基板(11)具有暴露绝缘层(12)的背面的一部分的腔室(110)。腔室(110)的在基板(11)的表面上的开口边缘的垂直投影区域(其投影方向沿着绝缘层(12)的厚度方向)的内侧和外侧上均存在基底部(17)。电导体(16)布置在基底部(17)的表面上。发热层(13)的端部设置成覆盖电导体(16)的覆盖部(18)。电极(15)与覆盖部(18)在垂直投影区域外侧的表面接触。导体(16)具有比电极(15)高的熔点和比基底部(17)和层(13)小的电阻。

Description

红外线放射装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种红外线放射装置及其制造方法，尤其涉及一种构造用于放射红外线的红外线放射装置及其制造方法。
背景技术
为了放射红外线以测量室内的二氧化碳浓度，传统的红外线放射装置配置成升高其放射层的温度，从而自放射层放射红外线。
这样的红外线放射装置具有以下构造，即包括基板、设置在基板的表面上的绝缘层、以及设置在绝缘层的表面上的发热层。日本公开号No.2012225829(下文称为“文献1”)和日本公开号No.200671601(下文称为“文献2”)公开了与上述构造类似的构造。
发明内容
技术问题
上述现有技术公开的红外线放射装置在绝缘层的相应基板侧上设有穿过基板的相应通孔，从而抑制来自其发热层的热放射。因此，在短时间内将发热层加热至规定的温度以发射红外线。即，现有技术公开的红外线放射装置设有通孔，其形成在绝缘层的与发热层相反的侧上的基板中，由此抑制来自发热层的热放射。
在这样的构造中，连接至发热层的电极中存在着热劣化的问题。具体而言，当红外线放射装置具有与文献2中描述的红外线光源相同的构造时，连接到其发热层的电极位于基板的通孔上方。于是，抑制来自电极的热放射可能会导致电极中的热劣化。
本发明的目的在于提供一种能防止由于热引起的电极劣化的红外线放射装置及其制造方法。
问题的解决方案
根据本发明的红外线放射装置包括基板、设置在所述基板的表面上的绝缘层、设置在所述绝缘层的表面侧的发热层、电极、基底部和电导体。所述基板形成有暴露所述绝缘层的位于与绝缘层的表面相反的侧的背面的一部分的腔室。所述绝缘层为电绝缘的。在所述基板的表面上在所述腔室的开口边缘的垂直投影区域的内侧和外侧均存在所述基底部。所述垂直投影区域的投影方向沿着所述绝缘层的厚度方向。所述电导体设置在所述基底部的表面上。所述发热层的一端被设置为覆盖所述电导体的覆盖部。所述电极与所述覆盖部的位于所述垂直投影区域的外侧的表面接触。所述电导体由熔点比所述电极的熔点高的导电材料制成，并且具有的电阻比所述基底部和发热层的电阻小。
根据本发明的红外线放射装置的制造方法包括：在基板的表面侧上形成所述绝缘层；在所述绝缘层的表面上形成形状稳定层；在所述形状稳定层的表面上形成将成形为基底部的第一氮化钽层；在所述第一氮化钽层上形成将成形为电导体的钽层；通过将所述第一氮化钽层和所述钽层的叠层膜图案化形成所述基底部和电导体；在所述形状稳定层的表面侧上形成将成形为发热层的第二氮化钽层；通过将所述第二氮化钽层图案化形成所述发热层；形成所述电极；和形成所述腔室。
采用本发明的红外线放射装置，能防止热引起的电极劣化。
采用本发明的红外线放射装置的制造方法，能提供一种能够防止由于热引起的电极劣化的红外线放射装置。
附图说明
图1为根据本发明的一个实施方式的红外线放射装置的剖视图；
图2为根据本发明的所述实施方式的红外线放射装置的俯视图；
图3为根据本发明的所述实施方式的红外线放射装置的另一示例的俯视图；
图4为沿着图3中X-X线截取的剖视图；
图5为示出所述红外线放射装置在操作中的温度分布的一个示例的示意图；
图6A-6D为所述实施方式中的红外线放射装置的制造方法的说明图；
图7A-7C为所述实施方式中的所述红外线放射装置的制造方法的说明图；
图8为所述实施方式中的所述红外线放射装置的制造方法的说明图；
图9A和9B为说明根据本发明的所述实施方式的红外线放射装置的内部应力的示意图；
图10A和10B为说明由具有不同热膨胀系数的薄膜形成的叠层结构的示意图；
图11A和11B为说明具有不同热膨胀系数的薄膜的示意图；
图12为根据本发明的所述实施方式的光源的透视图；
图13为根据本发明的所述实施方式的光源的分解透视图；以及
图14为根据本发明的所述实施方式的红外线传感器的剖视图。
具体实施方式
下文参照附图描述本发明的一个实施方式。
如图1和图2所示，本实施方式的红外线放射装置1包括基板11、绝缘层12、发热层13和形状稳定层14。
基板11由硅(Si)制成，成形为板状。具体而言，基板11由单晶硅基板构成。红外线放射装置1在板状基板11的表面的一侧上形成有绝缘层12。在该实施方式中，基板11呈正方形板的形状，其每边和厚度分别为3mm和500μm。在本说明书中，请注意下文中从基板11方向看见的绝缘层12的一侧称为上侧，与绝缘层12相反的一侧称为下侧。在本说明书中，沿着板状基板11的厚度方向的上、下方向分别称为向上、向下方向。图1为沿着图2中X-X线截取的剖视图。
下文中，板状基板11的表面中的在绝缘层12的一侧上的表面称为“表面”或“顶面”，而其另一表面称为“背面”或“底面”。优选地，基板11的表面为单晶硅基板的(100)平面。
在本说明书中，垂直于基板11的厚度方向的表面的尺寸称为平面尺寸。基于这些限定，图1为本实施方式中的红外线放射装置1的厚度方向上的剖视图，并且图2为从上方所见的本实施方式中的红外线放射装置1的俯视图。在本实施方式中，相对于图2的平面的上、下、左和右侧分别称为后、前、左和右。
基板11具有在厚度方向上穿透基板的通孔111。通孔111在平面视图中呈矩形的形状。通孔111具有横断面(开口)，其在与基板11的厚度方向垂直的截面中呈矩形形状。矩形形状意味着直角四边形形状并且包括长方形形状和正方形形状。矩形意味着直角四边形且包括长方形和正方形。在本实施方式中，通孔111在平面视图中呈正方形。在本实施方式中，通孔111的开口向上逐渐变小，而开口向下逐渐变大。即，通孔111的内部呈倒锥形，从而其向下逐渐变大。开口变小意味着开口的面积变小。开口变大意味着开口的面积变大。由此，通孔111的在基板11的背面上的开口的面积比在基板11的表面上的开口的面积大。通孔111形成为使得随着开口在基板11的厚度方向上与绝缘层12进一步离开，开口的面积逐渐变大。
在本实施方式中，基板11具有通孔111，但也可在基板11的表面侧设有代替通孔111的在上侧具有开口的凹部112，如图3和图4所示。即，在本实施方式中，基板11具有通孔111，但理想的是绝缘层12的背面的一部分不与基板11接触而暴露于空气层。在凹部112设置成图3所示的情形下，形成缝隙109，使得它在绝缘层12、形状稳定层14和保护层19组成的叠层结构中沿着叠层结构的厚度方向穿透。由此，在制造过程中基板11能通过缝隙109从其表面被蚀刻。
绝缘层12由氧化硅膜形成。简而言之，绝缘层12由氧化硅制成。优选地，氧化硅为SiO2。优选地，氧化硅膜为SiO2膜。绝缘层12形成在基板11上使得其封闭通孔111在上侧以及在基板11的表面侧上的开口。即，绝缘层12具有比通孔111大的平面尺寸。绝缘层12为通孔111上的构造的底层并且支撑绝缘层12上的构造。在本实施方式中，绝缘层12为尺寸几乎与基板11的平面尺寸一样大的薄膜。绝缘层12的厚度为0.2μm并且比基板11薄很多。绝缘层12将上侧的发热层13、下文将要描述的电极15以及电导体16与下侧的基板11和通孔111内部的空气电绝缘。即，绝缘层12是电绝缘的。
形状稳定层14由氮化硅膜形成。简而言之，形状稳定层14由氮化硅制成。优选地，氮化硅为Si3N4。优选地，氮化硅膜为Si3N4膜。形状稳定层14形成在绝缘层12上。在本实施方式中，形状稳定层14为平面尺寸几乎与基板11的平面尺寸，即也是绝缘层12的平面尺寸，一样大的薄膜。形状稳定层14连同绝缘层12一起支撑位于上侧上的以及基板11上方的构造。形状稳定层14的平面尺寸几乎与基板11和绝缘层12的平面尺寸相同，因而比通孔111的平面尺寸大。形状稳定层14的厚度同绝缘层12一样为0.2μm。形状稳定层14是电绝缘的。
氮化钽(TaN)制成的基底部17形成在形状稳定层14的上表面的一部分上。基底部17中的每一个为呈长方形且厚度为0.03μm的薄膜。基底部17相对于形状稳定层14的上表面的中间区域分别布置在右侧和左侧两侧处。简而言之，红外线放射装置1包括两个基底部17。基底部17如此布置使得其较长边和较短边分别平行于前后方向和左右方向。在本实施方式中，基底部17如此形成使得它们中的每一个存在于通孔111的位于上侧的开口的横向方向上的边缘的两个内侧。在本实施方式中，如图2所示，每个基底部17的大致一半位置的两边存在于通孔111的上侧的开口的相应边缘的两侧上。理想的是，每个基底部17的(通孔111的一侧上)内较长侧存在于通孔111在上侧的开口的相应边缘的内侧，并且其外较长侧存在于通孔111的在上侧的开口的相应边缘的外侧。更优选地，每个基底部17的在通孔111的上侧的开口的相应边缘的内侧的一部分在左右方向上的长度大于其在通孔111的在上侧的开口的相应边缘的外侧上的一部分的长度。于是，红外线放射装置1能使得发热层13更有效地发热。通孔111的在上侧的开口的边缘对应于基板11的表面上的通孔111的开口端。红外线放射装置1具有倾向于围绕通孔111的位于上侧的开口的边缘产生应力集中的结构。然而，通过防止除基板11之外的任何一个构件在通孔111的位于上侧的开口的边缘线上能期望抑制应力集中。
在基底部17中的每一个上形成有平面形状与相应基底部17类似的电导体16。每个电导体16如此形成使得其叠置在相应的基底部17上。每个电导体16是厚度为0.07μm的薄膜。电导体16如同基底部17一样在左右方向上在两侧处逐个地布置。简而言之，红外线放射装置1包括两个电导体16。电导体16由钽(Ta)制成。电导体16如此形成使得其覆盖基底部17。即，电导体16的每个部分置于通孔111的位于上侧的开口的上方。通孔111的内部有气体。通孔111内部的热传导比硅制成的基板11的热传导低。当发热层13被加热至发射红外线时，电导体16的温度由于热积聚而变得非常高，这是因为其每个部分置于通孔111的位于上侧的开口的上方。例如，当电导体16由低熔点的材料如铝(Al)制成时，其由于高温劣化或发生熔化而可能会破裂或断开。在本实施方式中，电导体16由熔点比铝或制成基板11的硅高的钽制成，从而降低了由于熔化导致断开的可能性，提高了导通的可靠性。本实施方式降低了由于熔化导致的电导体16断开的可能性，从而使薄的电导体16成为可能。整个红外线放射装置1能变薄。
发热层13由氮化钽制成且形成在形状稳定层14和电导体16上。发热层13为在左右方向上细长的矩形薄膜。具体地，发热层13在平面视图中的形状为长方形。发热层13如此布置使得其长边方向与两个电导体16并排放置的方向一致。发热层13在长边方向上的长度大于通孔111的位于上侧的开口的对应边的长度，并且发热层13在短边方向上的长度小于通孔111的位于上侧的开口的对应边的长度。如图1所示，发热层13的两端分别形成在电导体16上，以致于左右方向上的端部的边缘与基底部17和电导体16的外边缘一致。发热层13如此布置使得其端部在左右方向上覆盖电导体16。发热层13的平面尺寸比绝缘层12和形状稳定层14的平面尺寸小，而绝缘层12和形状稳定层14均具有与基板11几乎相同的平面尺寸。在本说明书中，发热层13的形成在电导体16上的每个部分被定义为覆盖部18。即，由钽制成的每个电导体16在竖直方向上位于相应的基底部17和覆盖部18之间，而基底部17和覆盖部18均由氮化钽制成。具体地，每个电导体16位于相应的覆盖部18和基底部17之间。在本实施方式中，覆盖部18和基底部17由相同的材料，即氮化钽，制成。发热层13在右和左电导体16之间的中间部形成在形状稳定层14上。即，基底部17和电导体16被发热层13在左右方向上的两端覆盖。如图1所示，发热层13具有这样的形状，即在左右方向上的中间部和两端之间具有台阶。
发热层13在前后方向上的长度(其短边的长度)小于基底部17和电导体16在前后方向上的长度(其长边的长度)。基底部17和电导体16的后侧端和前侧端分别在发热层13的后侧端和前侧端的外面一点。发热层13在前后方向上的长度小于通孔111的位于上侧的开口的对应边的长度。在本实施方式中，发热层13在前后方向上的长为1mm。基底部17和其上的电导体16如此布置使得它们中的每一个的沿着前后方向的两边中的一边在通孔111的位于上侧的开口的边缘的内侧。发热层13的至少形成在形状稳定层14上的一部分置于通孔111的位于上侧的开口的上方。即，发热层13的除覆盖部18的部分之外的一部分在通孔111的位于上侧的开口的上方。于是，在红外线放射装置1中，由于发热层13位于绝热效率比基板11高的通孔111的上方，所以能降低来自发热层13的热放射，并且当为了放射红外线给发热层13供电而导致发热层13升温时，能迅速地升高发热层13的温度。红外线放射装置1配置成通过热放射而放射红外线。具体地，给红外线放射装置1的发热层13供电，从而发热层13产生热并且自发热层13放射红外线。红外线放射装置1由于在绝热效率比基板11高的通孔111的上方的配置而能更迅速地提升发热层13的温度。
发热层13的厚度为0.03μm并且比绝缘层12和形状稳定层14薄得多。相反地，形状稳定层14的厚度比发热层13的大。红外线放射装置1的发热层13与厚的发热层13相比具有小的热容量，并且将花费较短时间来提升发热层13的温度。厚度上非常薄的发热层13难于在左右方向上发射出热，且难于变冷。发热层13的温度比周围温度高，且在发射出热时会升温。当发热层13变薄且难于变冷时，发热层13能没有损耗地更快速升温。在本实施方式中，红外线放射装置1设有穿透基板11的通孔111，而凹部112可设置在基板11的与绝缘层12接触的上表面的一侧来代替通孔111，从而发热层13在凹部112上方。因此，能降低来自发热层13的热辐射且迅速地提升其温度。从降低发热层13的热容量的角度来讲，发热层13优选为0.1μm或更少，更优选为0.05μm或更少，最优选为0.03μm或更少。
本实施方式设有由氮化钽制成且位于相应的由钽制成的电导体16的下方的基底部17。由氮化硅制成的形状稳定层14在基底部17的下方，并且氮化硅为电绝缘的。钽为对电导体具有高电阻的物质。然而，当通过溅射形成钽层时，其形成在具有导电性的物质上，例如氮化钽，由此与其形成在电绝缘的物质上相比，其电阻率降低。在本实施方式中，在相应的电导体16上形成由与基底部17相同的物质形成的覆盖部18。即，在本实施方式中，基底部17、电导体16和覆盖部18叠放在一起，并且每个电导体16在垂直方向上的两侧夹在同一物质之间，由此能降低电导体16的各自内应力。电导体16由钽制成，从而比由氮化钽制成的发热层13和基底部17的电阻低。因此，在红外线放射装置1中，经过基底部17、电导体16和覆盖部18叠放在一起的部分的电流主要流经电导体16，因而覆盖部18的热值较低以致于与发热层13的中间部的热值比较起来其可以被忽略。因而，可以想到红外线放射装置1的覆盖部18配置成基本上不发热。具体地，可以想到仅发热层13直接形成在形状稳定层14上的中间部形成了配置成通过热辐射发射红外线的红外线放射器。要认识到，覆盖部18在基板11上方的部分具有低的发热温度，从而其可以被忽略。图5为示出所述红外线放射装置1在操作中的温度分布的示例的示意图。在红外线放射装置1的该示例中，发热层13的电阻率为9000nΩ·m，且薄层电阻为300Ω/□(即300Ω/sq.)。在红外线放射装置1中，电导体16的电阻率为1400nΩ·m，且薄层电阻为20Ω/□。在红外线放射装置1中，基底部17、电导体16和覆盖部18叠放在一起的部分的电阻率为900nΩ·m，且薄层电阻为7Ω/□。由氮化钽制成的每个覆盖部18具有抗氧化膜的功能以防止由钽制成的相应电导体16的氧化。
发热层13的材料不局限于氮化钽，例如可为氮化钛或类似物。从薄层电阻的高温下的化学稳定性以及设计便利性的角度来讲，发热层13优选为氮化钽层、氮化钛层或类似物。通过改变其成分能改变氮化钽层和氮化钛层的每个薄层电阻。在发热层13的材料为氮化钛的情形下，覆盖部18的材料也为氮化钛。因而，基底部17的材料优选为氮化钛。
由氮化硅制成的保护层19形成在发热层13上。绝缘层12、形状稳定层14、基底部17、电导体16和发热层13(覆盖部18)形成在基板11上。该情形下，厚度为0.3μm的保护层19形成在其上。如图1所示，保护层19的表面的在电导体16处且在它们周围的部分在高度上较高，其没有发热层13、电导体16等的部分在高度上最低，并且其在发热层13上的部分在高度上高出发热层13。在该示例中，每个高度为自绝缘层12的表面开始的高度。在图2和3中，省略了保护层19。
保护层19具有与基板11类似的平面形状。保护层19从发热层13的上侧覆盖发热层13并且防止由环境影响导致的发热层13的老化变质。
保护层19由氮化硅膜制成。保护层19不局限于氮化硅膜，而例如可由氧化硅膜制成、或具有例如氧化硅膜和氮化硅膜的叠层结构。保护层19为确保可靠的耐湿性等的钝化膜。优选地，保护层19对于从发热层13发射的在规定波长范围内的红外线具有高的透过率，但是对其来说100％的透过率不是必需的。
电极15由铝制成、且布置在基板11的在通孔111外侧的部分的上方。用于电极15的铝不限于纯的铝，而可为包含不同金属如Si、Cu、Ti和Sc的铝合金。优选地，电极15由铝合金制成。铝合金的示例包括AlSi、AlSiCu、AlCu、AlTiCu、AlSc等。电极15设置到相应的电导体16，因此如同电导体16，在右侧和左侧上布置两个电极15，一侧一个。即，红外线放射装置1包括两个电极15。如图2所示，电极15的每个平面形状包括在发热层13的外侧并远离发热层13且在前后方向上细长的支撑部151、和从相应支撑部151的中间部突出并且将发热层13和相应支撑部151连接在一起的连接部152。支撑部151的每个平面形状呈长方形的形状，并且支撑部如此布置使得其纵向方向与前后方向一致。构成相应电极15的支撑部151与相应的连接部152一体形成。
如图1所示，每个连接部152包括为一个电导体16设置的多个连接片1521，并且经由通过蚀刻或者类似工艺在保护层19中设置的第一通孔(第一孔)191与相应的覆盖部18进行接触。简而言之，相对于相应的覆盖部18，每个连接部152包括多个连接片1521，并且多个连接片1521经由保护层19中的相应第一通孔191与相应的覆盖部18接触。连接片1521形成在保护层19中的相应第一通孔191的内侧。连接片1521与具有导电性的相应覆盖部18电连接。于是，电极15经由覆盖部18与电导体16电连接。每侧中连接片1521的数量不限于两个或更多，但可以为一个。可基于相应连接片1521的数量、相应覆盖部18的尺寸、相应的覆盖部18和连接片1521之间的接触电阻等来适当设定第一通孔191的每个开口尺寸。
如图1所示，每个支撑部151经由通过蚀刻或类似工艺在保护层19中设置的第二通孔(第二孔)192与形状稳定层14接触。支撑部151和形状稳定层14接触。支撑部151支撑相应的连接部152。支撑部151经由绝缘层12和形状稳定层14与基板11热接触。这样的热连接意味着当支撑部151的温度比基板11高时能将支撑部151的热通过绝缘层12和形状稳定层14传递至基板11的状态。热连接意味着支撑部151和基板11之间的热耦合。保护层19中与形状稳定层14相通的第二通孔192在发热层13、电导体16和基底部17的外侧并与它们远离，从而可避免暴露它们。该情形下，电极15能将基板11用作散热片。具体地，红外线放射装置1能将基板11用作发散来自电极15的相应热量的散热片，这是因为支撑部151的相应部分嵌入其中的第二通孔192形成在这样的位置，即该位置相较于发热层13、电导体16和基底部17远离通孔111的位于上侧的开口的垂直投影区域，其中垂直投影区域的投影方向沿着绝缘层12的厚度方向。在红外线放射装置1中，形状稳定层14和绝缘层12中的每个均由导热性比硅低的材料制成。因此，从将电极15的相应热量传递至基板11的角度来讲，形状稳定层14的厚度和绝缘层12的厚度的和优选为1μm或更少，更优选为0.7μm或更少，最优选为0.4μm或更少。优选地，每个第二通孔192具有沿着相应支撑部151的纵向方向呈长方形的开口。在该情形下，红外线放射装置1中第二通孔192的每个开口在下端的区域可被设定为与相应的支撑部151和形状稳定层14接触的接触区。另外，保护层19能降低在左右方向上的热传递。因此，能有效地放射支撑部151的相应热量。从为了将支撑部151的相应热量更有效地传递至基板11的角度来讲，支撑部151和保护层19的第二通孔192中的每一个在其纵向方向上的长度优选大于每个连接部152在其纵向方向上的长度。
红外线放射装置1的每个支撑部151起粘合垫的作用。红外线放射装置1能在这样的情形下使用：其中它被安装在例如印刷板、下文将要描述的作为封装体2的一部分的管座21(参见图12)或者类似装置上。管座21为支撑红外线放射装置1的基部。在红外线放射装置1中，例如当薄金属线(接合线)粘结至支撑部151时，可依据支撑部151的相应材料和薄金属线的组合将支撑部151的表面侧的一部分合金化。因此，电极15需要有固定的厚度或更多。从防止引线接合时施加的超声波和压力引起的对形状稳定层14和绝缘层12的不良影响的角度来讲，电极15也需要有固定的厚度或更多。在本实施方式中，支撑部151的高度为1.5μm。简而言之，每个电极15的厚度设置为1.5μm。在红外线放射装置1中，绝缘层12的厚度为0.2μm，形状稳定层14的厚度为0.2μm，发热层13的厚度为0.03μm，基底部17的厚度为0.03μm，电导体16的厚度为0.07μm，以及保护层19的厚度为0.3μm。因此，红外线放射装置1在通孔111上从绝缘层12的底面至保护层19的顶面的厚度约为0.7μm。于是，电极15为比基板11上的其它部件厚很多的部件。在本实施方式中，较厚的电极15仅布置在基板11的位于通孔111的位于上侧的开口的外侧且与该开口离开的部分上，由此能尽可能地避免由电极15引起的相应应力施加至通孔111上的部件。具体地，红外线放射装置1能降低在绝缘层12、形状稳定层14、发热层13、基底部17、电导体16等上由电极15引起的相应应力。红外线放射装置1能降低在较薄发热层13上由电极15引起的相应应力。
参照图6A、6B、6C、6D、7A、7B、7C和8描述在本实施方式中的红外线放射装置1的制造方法的一个示例。
在红外线放射装置1的制造方法中，首先制备基板11(参见图6A)，以及使硅板的两个表面氧化，由此基板11的表面上的氧化硅膜(下文称作“第一氧化硅膜”)形成绝缘层12。另外，在基板11的背面形成第二氧化硅膜122(参见图6B)。在该示例中，通过热氧化方法形成绝缘层12和第二氧化硅膜122。
在红外线放射装置1的制造方法中，随后在绝缘层12上形成氮化硅膜(下文称作“第一氮化硅膜”)，其形成形状稳定层14。另外，在第二氧化硅膜122上形成第二氮化硅膜142(参见图6B)。在该示例中，通过LPCVD方法形成形状稳定层14和第二氮化硅膜142。
在红外线放射装置1的制造方法中，随后通过光刻技术和蚀刻技术除去基板11的背面一侧上的第二氮化硅膜142的与蚀刻掩膜的开口相应的一部分(参见图6C)。
在红外线放射装置1的制造方法中，随后通过溅射法在形状稳定层14上形成将形成为两个基底部17的第一氮化钽层。在该示例中，第一氮化钽层通过溅射法形成。
在红外线放射装置1的制造方法中，随后在第一氮化钽层上形成将形成为两个电导体16的钽层。在该示例中，钽层通过溅射法形成。
在红外线放射装置1的制造方法中，随后通过将第一氮化钽层和钽层的叠层膜图案化来形成两个基底部17和两个电导体16(参见图6D)。通过光刻技术和蚀刻技术将第一氮化钽层和钽层的叠层膜图案化。
在红外线放射装置1的制造方法中，随后在基板11的表面一侧上形成将形成为发热层13的第二氮化钽层130(参见图9A和9B)。在该示例中，第二氮化钽层130通过溅射法形成。在红外线放射装置1的制造方法中，优选进行第二氮化钽层130的退火处理。优选地，退火处理为RTA(rapidthermalannealing，即快速热退火)。在退火处理中，将退火温度设定为高于红外线放射装置1的操作温度。
在红外线放射装置1的制造方法中，随后通过将第二氮化钽层130图案化形成面积比形状稳定层14窄的发热层13(参见图7A)。例如通过光刻技术和蚀刻技术进行发热层13的图案化。
在红外线放射装置1的制造方法中，随后在基板11的表面一侧上形成由氮化硅制成的保护层19(参见图7B)。例如，通过等离子体CVD法形成保护层19。在红外线放射装置1的制造方法中，然后在保护层19中形成用于布置电极15的第一通孔191和第二通孔192(参见图7B)。例如通过光刻技术和蚀刻技术形成第一通孔191和第二通孔192。使用氢氟酸(Hydrofluoricacid)作为蚀刻剂以形成第一通孔191和第二通孔192，并且也蚀刻第二氧化硅膜122在基板11的背面侧上的不需要的部分。在蚀刻第二氧化硅膜122在基板11的背面侧上的不需要的部分时，通过抗蚀剂保护在基板11的背面侧上的第二氮化硅膜142。
在红外线放射装置1的制造方法中，随后形成电极15(参见图7C)。例如可通过经由溅射法形成铝膜然后将铝膜图案化来形成电极15。通过光刻技术和蚀刻技术进行铝膜的图案化。
在红外线放射装置1的制造方法中，随后自基板11的背面侧形成通孔111。当进行蚀刻以形成通孔111时，在基板11背面的不会形成通孔111的一部分上设置用于遮盖的蚀刻掩膜层，其中蚀刻掩膜层由第二氧化硅膜122和第二氮化硅膜142的叠层膜形成。优选地，形成通孔111的蚀刻为使用碱性溶液的各向异性蚀刻。
在实施了形成通孔111的工序后，完成了红外线放射装置1制造方法的前半部分。
在制造红外线放射装置1时，采用晶片进行到形成通孔111的工序完成为止的每个工序。在红外线放射装置1的制造方法中，随后通过切块法将其分成单个的红外线放射装置1。采用晶片进行到形成通孔111的工序完成为止的每个工序意味着在硅晶片10上形成多个红外线放射装置1从而形成多个基板11(参见图6A等)。因此，在红外线放射装置1的制造方法中，可用晶片10代替上述描述中的基板11。用晶片进行的每个工序为制造方法的前半部分，其被称为晶片过程。
一般而言，在这样的红外线放射装置制造方法中，可将与红外线放射装置1的制造中的操作温度相等或比其高的高温大气设定为为了实现红外线放射装置的稳定发热操作的工艺的条件。操作温度意味着在给发热层13通电时发热层13的温度。例如，操作温度为100至700℃。红外线放射装置1可通过改变操作温度改变红外线放射光谱的峰值波长。在根据本实施方式的(一个或多个)红外线放射装置1的制造方法中，例如，在形成用于绝缘层12的氧化硅膜的过程中的加工温度设定约为1000℃，在形成用于形状稳定层14的第一氮化硅膜的过程中的加工温度设定约为800℃，在形成第一氮化钽层过程中的加工温度设定约为200℃，以及在形成第二氮化钽层130过程中的加工温度设定约为200℃。加工温度为环境温度或在利用热反应或热效应的过程中工艺条件的基板温度。在这些过程中，环境温度或基板温度从普通温度升高至加工温度，并且使加工温度保持规定的加工时间然后降至普通温度。然而，相邻层的热膨胀系数的差异会导致在层的内部发生形变，这是因为热膨胀系数根据层的各自材料会彼此不同。本实施方式中的层为第一氧化硅膜形成的绝缘层12、第一氮化硅膜形成的形状稳定层14、第二氮化钽层、发热层13等。基板11几乎不受其它层的影响，这是因为其比其它层厚很多。这些层没有间隔地叠放成堆。因此，即使每个层在其内部发生变形，在基板11中形成通孔111之前也很难对其外形显出影响。在该情形下，如果如图9A所示的那样释放应力，每个层会伸展和收缩，但是由于它被基板11支撑，于是它会如图9B所示的那样被固定为与基板11的尺寸相同。即，在释放应力时收缩的层会处于强制性伸展的状态并且在收缩方向上具有内应力。相反地，在释放应力时伸展的层在伸展方向上具有内应力。然而，在形成通孔111后，通孔111的一部分在每个层具有内应力的状态下被放开。收缩方向上的内应力为压应力。伸展方向上的内应力为张应力。在图9B中，用左箭头示意性地指示了张应力的方向，用右箭头示意性地指示了压应力的方向，并且用箭头的长度尺寸示意性地指示了内应力的强度。箭头的长度意味着从基端至其末梢的长度。箭头的长度越长，其内应力越大，并且越短越小。
没有应力设计的对照示例具有薄膜层，而例如没有形状稳定层14。在该情形下，如果在基板11中形成通孔111，那么层内部的相应变形与由基板11的与通孔111相应的一部分没有支撑而引起的机械强度上的降低相互作用。于是，可以想到层会变形。在本实施方式的结构中，用于绝缘层12的氧化硅膜与由硅制成的基板11相比显出由于温度下降产生的较少收缩。温度下降发生来自制造过程中的加工温度的温度下降，或在停止给使用中的发热层13供电之后的温度下降。采用对照示例，假如释放应力，发热层12与基板11相比会变为相对伸展的状态。在该对照示例中，通孔111上的发热层12起褶皱，这同样对形成在其上的发热层13有影响。“(层)起褶皱”意味着(层)形成条纹。绝缘层12起褶皱意味着绝缘层12发生变形。由于对照示例如同本实施方式一样具有非常薄的发热层13，所以假如绝缘层12起褶皱并折叠，那么可能会撕裂其上的发热层13。即使在温度下降时对照示例没有断裂，在给发热层13供电时的热膨胀或热收缩引起的通孔111上的一部分发生变形时的影响也可能会破坏发热层13。
在本实施方式中，由第一氮化硅膜形成的形状稳定层14叠置在由第一氧化硅膜形成的绝缘层12上。第一氮化硅膜与第一氧化硅膜的不同之处在于它为比硅制的基板11由于降温而呈现更大收缩的薄膜。即，在本实施方式中，绝缘层12的热膨胀系数比基板11的热膨胀系数小，并且形状稳定层14的热膨胀系数比基板11的热膨胀系数大。简而言之，形状稳定层14与绝缘层12的不同之处在于其具有比基板11大的热膨胀系数。在红外线放射装置1的该构造中，其中在伸展方向上产生内应力的绝缘层12与其中在收缩方向上产生内应力的形状稳定层14一体地叠置，从而能消除一部分各自的内应力。具体地，绝缘层12中内应力的至少一部分抵消形状稳定层14中内应力的至少一部分。于是，与仅绝缘层12布置在发热层13的正下方的对照示例相比，红外线放射装置1的绝缘层12难于起褶皱。通过在用于形状稳定层14的第一氮化硅膜例如通过LPCVD法形成的情形下适当地设定工艺条件能调节形状稳定层14中的内应力。通过适当地改变形成第一氮化硅膜的方法也能调节形状稳定层14中的内应力。
在红外线放射装置1中，绝缘层12的热膨胀系数可比基板11的热膨胀系数大，并且形状稳定层14的热膨胀系数可比基板11的热膨胀系数小。红外线放射装置1不限于如上所述的就基板11的热膨胀系数而言绝缘层12和形状稳定层14具有相反关系这样的构造。形状稳定层14的热膨胀系数可处于绝缘层12的热膨胀系数和基板11的热膨胀系数之间，从而抑制褶皱的发生。
如上所述，形状稳定层14抑制了绝缘层12的变形，即稳定了绝缘层12的形状，从而在本实施方式中能稳定在其上的发热层13的形状。简而言之，与发热层13直接形成在绝缘层12上的情形相比，形状稳定层14设置为用于稳定绝缘层12和发热层13的各自形状的功能层。
在本实施方式中，待形成为形状稳定层14上的发热层13的第二氮化钽层130由在温度下降时比基板11难于收缩的氮化钽制成。即，在本实施方式中，热膨胀系数比基板11大的形状稳定层14夹在发热层13和热膨胀系数比基板11小的绝缘层12之间。在如图10A所示仅具有温度下降引起的不同收缩特性的两层A2和B2叠置的情形下，两层A2和B2的组合体会如图10B所示的那样弯曲。由此，如果上面的发热层13弯曲，那么除机械强度之外其还对红外线放射方向有影响。在图10A中，用箭头的长度示意性地描绘出两层A2和B2在平面方向(图10A的左右方向)上的各自收缩大小。在图10B中，每个轮廓箭头示出作用在层A2和B2的叠层体上的弯曲应力的方向。
在本实施方式中，如图11A所示，热膨胀系数相对较大的层D2一体地插入热膨胀系数均相对较小的两层C2和E2之间。在该情形下，如图11B所示，由于部分相应的应力彼此抵消，所以其组合体不容易弯曲。在本实施方式中，发热层13和绝缘层12对应于层C2和E2，而形状稳定层14对应于层D2。夹层C2、E2和被夹层D2的热膨胀系数呈相反的量值关系。在本实施方式中，基板11的热膨胀系数被限定为作为其它热膨胀系数的量值的参照，但这三层的热膨胀系数可基于相对的量值关系来设定，这是因为弯曲与否很大程度上取决于两个夹层的热膨胀系数和被夹层的热膨胀系数之间的相对量值关系。在图11A中，用箭头的长度示意性地描绘出两层C2、D2和E2在平面方向(图11A的左右方向)上的各自收缩尺寸。在图11B中，每个轮廓箭头示出作用在层C2、D2和E2的叠层体上的弯曲应力的方向。
如图12所示，本实施方式的红外线放射装置1被容纳在具有金属管座21和金属罩22的封装体2内，且作为红外线光源100的构件。管座21为圆盘的形状。管座21为支撑红外线放射装置1的基座。给红外线放射装置1供应电力的端子销附接至管座21。红外线光源100包括两个端子销3。两个端子销3在管座21的厚度方向上穿入管座21。每个端子销3用电绝缘的密封件固定至管座21，且与管座21电绝缘。密封件的示例包括玻璃等。罩22在红外线放射装置1上方形成有窗孔220并且透镜221布置成闭合窗孔220。如图13所示，红外线放射装置1基本上安装在管座21的中心。在红外线光源100中，电极15的每个支撑部151经由导线4通过引线接合与相应的端子销3电连接。每个线4为薄的金属丝。当红外线放射装置1安装在管座21上时，通孔111的下侧上的开口被管座21的上表面覆盖着。因此，在红外线光源100中，通孔111的内部空间为封闭的空间。罩22固定至管座21从而其覆盖红外线放射装置1和线4。
如图14所示，包括红外线光源100的光源101与光接收器200和光导(管)300一起构成红外线传感器。光接收器200配置成接收红外线以测量红外线的吸收量和反射量。光导300布置在光源101和光接收器200之间且形成检测空间301。具体地，光导300成形为类似管状并且具有作为检测空间301的内部空间。在红外线传感器中，光源101布置在光导300在轴向上的第一侧，光接收器200布置在光导300在轴向上的第二侧处。光导300具有用于镜面反射从光源101发射的红外线的内壁面，并且设计成使得从光源101发射的红外线有效地传递至光接收器200。从光源101发射的红外线为从红外线放射装置1发射的将要射向透镜221的红外线。当光导300例如由合成树脂制成时，它具有反射红外线的反射层布置在内壁面一侧上的构造。光导300的材料不限于合成树脂，而例如可为金属。红外线传感器配置成利用光接收器200检测从光源101发射的将穿过检测空间301的红外线，由此通过由检测空间301内的物质引起的吸收或反射检测穿过检测空间301的红外线的衰减。例如，检测空间内的物质为将被检测的目标气体或包含将被检测的目标气体的气体。例如，将被检测的目标气体为二氧化碳。红外线具有的吸收波长取决于将被检测的目标气体的种类。例如，甲烷、二氧化碳、一氧化碳和一氧化氮的吸收波长分别在3.3μm、4.3μm、4.7μm和5.3μm左右。
光导300形成有通气孔309，通过该通气孔309光导的内部空间与其外部相通。即，光导300配置成允许目标气体进入和离开内部空间。光导300允许气体通过通气孔309进入内部空间、或允许内部空间内的气体离开那里。
例如，红外线传感器能起到红外线气体传感器的作用。红外线气体传感器配置成基于随将被检测的目标气体的种类而定的吸收波长来检测气体，由此能增强对气体的辨别力。例如，在红外线气体传感器中，将被检测的外部目标气体或包含将被检测的目标气体的气体通过通气孔309进入作为检测空间301的内部空间。在红外线气体传感器中，当检测空间301内将被检测的目标气体的浓度上升时，进入光接收器200的红外线的量下降。当检测空间301内将被检测的目标气体的浓度下降时，进入光接收器200的红外线的量增加。例如，在光接收器200中，在封装体内布置第一和第二检测元件。第一和第二检测元件的每个可由热释电检测器形成。在光接收器200中，第一滤光器布置在第一检测元件的光接收面的前面，而第二滤光器布置在第二检测元件的光接收面的前面。第一滤光器的第一透射波长范围如此设定使得滤光器允许具有被检测的目标气体的吸收波长的红外线穿过。第二滤光器的第二透射波长范围不与第一透射波长范围重叠，且如此设定使得滤光器允许具有参考波长的不被气体吸收的红外线穿过。
例如，光接收器200包括信号处理电路。优选地，信号处理电路配置成基于第一检测元件的第一输出信号和第二检测元件的第二输出信号计算气体浓度。在该情形下，提高了红外线气体传感器的测量精度。
红外线气体传感器包括配置成间歇地给红外线放射装置1通电的驱动电路、和配置成控制驱动电路的控制器。例如，控制器由微型计算机和其上安装的适当(一个或者多个)程序形成。
红外线气体传感器调节驱动电路横过红外线放射装置1的两个电极15施加的输入电压，由此能够改变发热层13产生的焦耳热且改变发热层13的操作温度。
驱动电路配置成每隔一定时间间隔施加具有规定脉冲宽度的电压(下文称为“脉冲电压”)。即，红外线气体传感器通过驱动电路周期性地向红外线放射装置1施加脉冲电压。在红外线放射装置1中，脉冲电压施加到其上的时段为通电时段，脉冲电压未施加到其上的时段为断电时段。驱动红外线放射装置1相当于驱动红外线光源100。驱动电路配置成向红外线放射装置1提供具有由控制器确定的规定脉冲宽度的电压。
在红外线光源100中，如图12所示，红外线放射装置1容纳在包括金属管座21和金属罩22的封装体2里，并且透镜221布置在罩22的窗孔220中。一方面，封装体2中有作为气体的空气。在本说明书中，绝缘层12的背面的一部分不与基板11，而是与气体层接触。如果封装体2的内部是真空的，可以想到绝缘层12的背面的所述部分会与真空层接触。但是，在这样的封装体2中，存在绝对真空状态是不现实的。绝对真空状态意味着绝对真空。在本说明书中，真空状态意味着气体压力低于大气压力的状态。换句话说，真空状态意味着压力降低的大气。在本说明书中，真空状态意味着空间压力为0.1Pa或更低的状态。即，当封装体2的内部处于真空时，某些种类的气体位于其中。在该情形下，绝缘层12的背面的所述部分将不会与基板11，而是与气体层接触。在红外线光源100中，红外线放射装置1的通孔111内部的气体形成气体层。优选地，形成气体层的气体为惰性气体。惰性气体的示例包括N2气、Ar气等。
由于红外线光源100包括气体层，因此其能在对应于规定脉冲宽度的通电时段内更有效地提升发热层13的温度。在缩短规定脉冲宽度时能保证所需的红外线量。由于红外线光源100包括气体层，所以即使对于断电时段来说，也能在比通电时段长的时段内放射红外线。通过缩短规定脉冲宽度，能降低红外线气体传感器的电力消耗。
即使红外线放射装置1没有容纳在封装体2内，绝缘层12的背面的所述部分也与通孔111内部的气体层接触。
如上所述，根据本实施方式的红外线放射装置1包括基板11、布置在基板11表面上的绝缘层12、以及设置在绝缘层12的表面一侧的发热层13。绝缘层12的基板11一侧设有在基板11中贯穿的通孔111、或向基板11与绝缘层12的相反侧凹下去的凹部112。每个基底部17设置在绝缘层12的表面上，并且位于通孔111的从其内周部的外部或位于凹部112的从其内周部的外部。电阻小于基底部17的电导体16设置在基底部17的相应表面上。电导体16的每个表面覆盖着发热层13的相应覆盖部18(外周部)。每个电极15与发热层13的相应覆盖部18的表面的、位于通孔111或凹部112的外侧且远离通孔111或凹部112的一部分电连接。因而能防止电极15的热劣化。
即，在本实施方式中，绝缘层12的基板11一侧上设有贯穿基板11的通孔111、或向基板11与绝缘层12的相反侧凹下去的凹部112。每个基底部17设置在绝缘层12的表面上，并且位于通孔111的其内周部的外部或位于凹部112的其内周部的外部。电阻小于基底部17的电导体16设置在基底部17的相应表面上。电导体16的每个表面覆盖着发热层13的相应覆盖部18(外周部)。每个电极15与发热层13的相应覆盖部18的表面的位于通孔111或凹部112的外侧且远离通孔111或凹部112的一部分电连接。在本实施方式中，每个电极15与发热层13在其位于通孔111或凹部112的外侧且远离通孔111或凹部112的部分上连接。因而，能有效地通过基板11放射发热层13的热。结果能防止电极15的热劣化。
在本实施方式中，发热层13的每个覆盖部18在相应的电导体16和基底部17上配置成堆。于是，少量电流流过每个覆盖部18，并且发热层13的每个覆盖部18仅产生可忽略的热量。在本实施方式中，由此能防止连接至发热层13的电极15的热劣化。
在上述现有技术中示出的红外线放射装置中，绝缘层和发热层通过热氧化作用或CVD法相继形成在基板上。一般而言，在高温环境下进行形成这些层的过程。在该过程之后，使基板冷却至平常温度，这会导致现有技术的红外线放射装置的发热层中出现褶皱。为此，有发热层在随后的通电中被损坏的担心。即，由于基板的热膨胀系数非常不同于绝缘层和发热层的热膨胀系数并且基板比绝缘层和发热层厚得多，所以发热层会受到基板的热收缩的影响。
根据本实施方式的红外线放射装置1包括基板11、布置在基板11表面上的绝缘层12、以及设置在绝缘层的表面侧的发热层13。用于发热层13的形状稳定层14位于绝缘层12和发热层13之间。基板11、绝缘层12、形状稳定层14和发热层13彼此一体化。由此能防止对红外线放射装置1的损坏。即，在本实施方式的红外线放射装置1中，用于发热层13的形状稳定层14位于绝缘层12和发热层13之间，并且基板11、绝缘层12、形状稳定层14和发热层13彼此一体化。因此基板11的热收缩很难影响到发热层13。因而能避免对红外线放射装置1的损坏。
在下文中，会更详细地描述本实施方式的红外线放射装置1。在本说明书中，腔室110被定义为这样的概念，即包括在基板的厚度方向上贯穿基板11的通孔111、和在基板11的表面侧中形成的凹部112(下文也称作“孔112”)两者。即，在图1中，通孔111对应于腔室110。在图3中，孔112对应于腔室110。
在红外线放射装置1中，给发热层13通电，由此发热层13产生热并且通过热放射从发热层13放射红外线。
在红外线放射装置1中，氧化硅膜形成的绝缘层12和氮化硅膜形成的形状稳定层14的叠层膜构成薄膜。发热层13形成在该薄膜的表面侧。在红外线放射装置1中，绝缘层12和形状稳定层14各自具有方向相反的内应力。与薄膜仅由绝缘层12形成的情形相比，形状稳定层14为稳定发热层13的形状的功能层。
在图2中，双点划线示出了腔室110在基板11的表面上的开口边缘的垂直投影区域的外周线113(下文称为“第一外周线113”)，这里垂直投影区域的投影方向沿着绝缘层12的厚度方向。即，垂直投影区域为映射到垂直于绝缘层12的厚度方向的平面上的垂直投影区域。在图2中，另一双点划线示出腔室110的在基板11背面上的开口边缘的垂直投影区域的外周线114(下文称为“第二外周线114”)，这里垂直投影区域的投影方向沿着绝缘层12的厚度方向。红外线放射装置1的腔室110具有矩形形状的开口，并且第一和第二外周线113和114具有不同尺寸的各自的矩形形状。在红外线放射装置1中，腔室110在基板11背面上的开口的面积大于腔室110在基板11(前)表面上的开口的面积。因此，在红外线放射装置1中，第二外周线114比第一外周线113大。基板11的腔室110如此形成使得其在基板11的厚度方向上随着它进一步远离绝缘层12而开口的面积逐渐变大。
优选地，发热层13在平面视图中为长方形形状。发热层13设置成使得其纵向方向优选与两个电极15沿其布置的方向一致。在平面视图中，发热层13在纵向方向上的长度大于第一外周线113在沿着发热层13的纵向方向的方向上的每个边的长度。在平面视图中，发热层13在其横向方向上的长度小于第一外周线113在沿着发热层13的横向方向的方向上的每个边的长度。
红外线放射装置1配置成使得在沿着两个电极15布置的方向上，发热层13的两个覆盖部18中的每个存在于第一外周线113的内侧和外侧两者上。
在红外线放射装置1中，发热层13在两个覆盖部18之间的中间部直接形成在形状稳定层14的表面上，即上述薄膜的表面上。发热层13的中间部在第一外周线113的内侧。在红外线放射装置1中，每对基底部17和电导体16的叠层膜在相应的覆盖部18和形状稳定层14之间。于是，在红外线放射装置1中，每对基底部17和电导体16也存在于第一外周线113的内侧和外侧两者上。电导体16由熔点比基板11高的导电材料制成。优选地，基底部17和发热层13由相同的材料制成。每个电导体16夹在由相同的材料制成的相应基底部17和发热层13的覆盖部18之间，从而红外线放射装置1能降低各个电导体16的内应力。优选地，基底部17与发热层13的覆盖部18具有相同的厚度。基底部17和电导体16中的每个呈长方形形状。
红外线放射装置1的每个连接部152通过在保护层19中形成的相应第一孔191在相应的覆盖部18上形成有连接片1521，并且与所述相应的覆盖部18电连接。红外线放射装置1还通过在保护层19中形成的相应第二孔192在形状稳定层14上形成有电极15的支撑部151。保护层19的第二孔192在第二外周线114的外侧且远离第二外周线114。
上文描述的本实施方式的红外线放射装置1包括基板11、布置在基板11表面上的绝缘层12、设置在绝缘层12的表面侧的发热层13、电极15、基底部17和电导体16。基板11具有暴露绝缘层12的位于与绝缘层12的(前)表面相反侧上的背面的一部分的腔室110。绝缘层12为电绝缘的。每个基底部17存在于腔室110在基板11表面上的开口边缘的垂直投影区域的内侧和外侧这两者上。垂直投影区域的投影方向沿着绝缘层12的厚度方向。电导体16设置在基底部17的对应表面上。发热层13的两端用作覆盖相应电导体16的覆盖部18。电极15在垂直投影区域的外侧与覆盖部18的各个表面接触。电导体16由熔点比电极15高的导电材料形成且电阻比基底部17和发热层13的小。由此，红外线放射装置1能抑制每个电极15温度的升高，从而抑制电极15的热劣化。
在红外线放射装置1中，发热层13和基底部17优选由相同的材料形成，由此红外线放射装置1能降低各个电导体16的内应力。
在红外线放射装置1中，优选地，发热层13由氮化钽制成，基底部17由氮化钽制成，电导体16由钽制成，以及电极15由铝制成。在该情形下，红外线放射装置1与流过每个电导体16的电流相比能更加降低流过每个覆盖部18的电流，从而抑制每个覆盖部18的发热以及每个电极15的发热。铝不局限于纯的铝，而可为包含不同金属如Si、Cu、Ti和Sc的铝合金。
优选地，红外线放射装置1进一步包括位于绝缘层12和发热层13之间、且稳定发热层13的形状的形状稳定层14。因此，红外线放射装置1能更加稳定发热层13的形状并且防止发热层13断裂。于是能提高红外线放射装置1的可靠性。
在红外线放射装置1中，优选地，绝缘层12的热膨胀系数比基板11的热膨胀系数小，而形状稳定层14的热膨胀系数比基板11的大。因此，红外线放射装置1能抑制绝缘层12中出现褶皱，从而防止发热层13断裂。
在红外线放射装置1中，优选地，形状稳定层14由氮化硅制成，而绝缘层12由氧化硅制成。在红外线放射装置1中，能提高形状稳定层14和绝缘层12中每个的致密性，并且能提高绝缘层12和形状稳定层14之间的致密性，从而提高机械强度。
在红外线放射装置1中，发热层13的厚度优选小于形状稳定层14的厚度。在该情形下，能降低发热层13的热容量，并且在发热层13通电时，红外线放射装置1能迅速提升发热层13的温度。
优选地，红外线放射装置1进一步包括覆盖发热层13和形状稳定层14的保护层19。优选地，基板11由导热性比绝缘层12高的材料制成。优选地，每个电极15包括在发热层13的外侧并远离发热层13的支撑部151、以及将支撑部151和相应覆盖部18连接在一起的连接部152。优选地，电极15如此配置使得连接部152通过保护层19中形成的第一孔191分别与覆盖部18电连接，并且使得支撑部151通过保护层19中形成的第二孔192分别形成在形状稳定层14的表面上。红外线放射装置1能防止电极15引起的相应应力影响发热层13。
在优选的方面，红外线放射装置1的腔室110为在基板的厚度方向上穿透基板11的通孔111。由此，红外线放射装置1能有效地提升发热层13的温度。
在优选的方面，红外线放射装置1的腔室110为形成在基板11的表面侧中的孔112。在红外线放射装置1中，能提高基板11的机械强度。
红外线放射装置1的制造方法包括：在基板11的表面侧上形成绝缘层12；在绝缘层12的表面上形成形状稳定层14；在形状稳定层14的表面上形成将成形为基底部17的第一氮化钽层；在第一氮化钽层上形成将成形为电导体16的钽层；通过将第一氮化钽层和钽层的叠层膜图案化形成基底部17和电导体16；在形状稳定层14的表面一侧上形成将成形为发热层13的第二氮化钽层130；通过将第二氮化钽层130图案化形成所述发热层13；形成电极15；和形成腔室10。采用红外线放射装置1的上述制造方法，与使待成形为电导体16的钽层直接形成在形状稳定层14上的情形相比，能降低待成形为电导体16的钽层的电阻率。能提高电导体16的耐热性并降低电导体16的电阻。从而能够提供能够防止电极15热劣化的红外线放射装置1。
用于说明实施方式的每张附图为示意图，并且每个构件尺寸和厚度的比例不必为实际的尺寸比。实施方式中的相应材料、数值等仅为优选的示例，且并不限于此。在不脱离所附权利要求书的保护范围下可对本发明进行适当的改型。

Claims (11)

1.一种红外线放射装置，包括：
形成有腔室的基板；
电绝缘并且设置在所述基板的表面上的绝缘层，所述绝缘层的在所述绝缘层的表面的相反侧上的背面的一部分由所述腔室暴露；
设置在所述绝缘层的表面一侧上的发热层；
电极；
存在于所述腔室的在所述基板的所述表面上的开口边缘的垂直投影区域的内侧和外侧两者上的基底部，所述垂直投影区域的投影方向沿着所述绝缘层的厚度方向；和
设置在所述基底部的表面上的电导体，其中，
所述发热层的端部设置成覆盖所述电导体的覆盖部，
所述电极接触所述覆盖部的在所述垂直投影区域的外侧的表面，以及
所述电导体由熔点比所述电极高的导电材料形成并且具有的电阻比所述基底部和所述发热层的电阻小。
2.根据权利要求1所述的红外线放射装置，其特征在于：所述发热层由与所述基底部的材料相同的材料形成。
3.根据权利要求2所述的红外线放射装置，其特征在于：
所述发热层由氮化钽制成，
所述基底部由氮化钽制成，
所述电导体由钽制成，以及
所述电极由铝制成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的红外线放射装置，其特征在于，进一步包括：位于所述绝缘层和所述发热层之间并且稳定所述发热层的形状的形状稳定层。
5.根据权利要求4所述的红外线放射装置，其特征在于：
所述绝缘层的热膨胀系数小于所述基板的热膨胀系数，以及
所述形状稳定层的热膨胀系数大于所述基板的热膨胀系数。
6.根据权利要求5所述的红外线放射装置，其特征在于：
所述形状稳定层由氮化硅制成，以及
所述绝缘层由氧化硅制成。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的红外线放射装置，其特征在于：所述发热层的厚度小于所述形状稳定层的厚度。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的红外线放射装置，其特征在于，进一步包括：覆盖所述发热层和所述形状稳定层的保护层，其中
所述基板由导热性比所述绝缘层高的材料形成，
所述电极包括在所述发热层的外侧且远离所述发热层的支撑部、和将所述支撑部和所述覆盖部连接在一起的连接部，以及
所述电极配置成使得所述连接部通过所述保护层中形成的第一孔与所述覆盖部电连接，并且使得通过所述保护层中形成的第二孔在所述形状稳定层的表面上形成所述支撑部。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的红外线放射装置，其特征在于：所述腔室为通孔，所述通孔在所述基板的厚度方向上在所述基板中贯穿。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的红外线放射装置，其特征在于：所述腔室为形成在所述基板的所述表面一侧中的孔。
11.一种根据权利要求4所述的红外线放射装置的制造方法，包括：
在所述基板的所述表面侧上形成所述绝缘层；
在所述绝缘层的所述表面上形成所述形状稳定层；
在所述形状稳定层的表面上形成将成形为所述基底部的第一氮化钽层；
在所述第一氮化钽层上形成将成形为所述电导体的钽层；
通过将所述第一氮化钽层和所述钽层的叠层膜图案化形成所述基底部和所述电导体；
在所述形状稳定层的所述表面一侧上形成将成形为所述发热层的第二氮化钽层；
通过将所述第二氮化钽层图案化形成所述发热层；
形成所述电极；和
形成所述腔室。
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