CN106629577B - 一种mems红外光源及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种MEMS红外光源及其制作方法，其中，MEMS红外光源包括衬底、支撑层、金属电极、热偶条结构层、加热电阻层、隔离保护层和辐射层，所述热偶条结构层形成在红外光源内部芯片，形成耦合热电堆形成温度传感器，采用热电堆耦合的温度传感器实时监测红外光源的辐射温度变化，由于热电堆耦合的温度传感器制作工艺成熟，测量精度高，温度测量范围大，具有高灵敏度和稳定性的优势，可有效提高NDIR系统的探测精度和分辨率，在NDIR气体传感领域有应用前景。由于MEMS红外光源的各个结构均可以采用CMOS或MEMS工艺制作，从而便于与MEMS红外光源内部芯片的制作工艺兼容，减小了MEMS红外光源的制作工艺难度。

Description

一种MEMS红外光源及其制作方法

技术领域

本发明涉及红外光源技术领域，尤其涉及一种MEMS(Micro Electro MechanicalSystems，微机电系统)红外光源及其制作方法。

背景技术

红外技术在国防、信息技术与通讯、污染监测、温度调控、医学等领域得到广泛应用。作为红外技术应用的重要部件，红外光源的研究得到越来越多的关注。红外光源的一个重要应用是红外气体传感器。

目前，MEMS红外光源广泛应用于NDIR(non-dispersive infra-red，非色散红外)系统中，通过加热电阻产生焦耳热对黑体辐射层进行加热，使黑体辐射层发射出热辐射红外光，红外光经过待测气体时被吸收发生衰减，通过对比衰减前后的光强计算出待测气体的浓度。

由于黑体辐射产生的红外光谱取决于辐射温度，因此红外光源的温度变化对NDIR系统中传感器的测量结果有显著影响。目前NDIR系统普遍在远离光源的探测器端放置温度传感器，当光源温度发生变化时，探测器端的温度传感器将始终存在一个滞后效应，导致温度传感器测量结果的基线发生漂移，影响测量的稳定性和精度。

目前的红外光源器件往往仅有加热发光功能，如果温度传感器仅是安装在红外光源器件的附近，所测量的温度变化会存在反应滞后、非线性等问题，因此，要实现对红外光源发光状态的实时监控，需要在红外光源最核心的芯片上集成温度传感器。

但现有技术中的红外光源将温度传感器集成在红外光源的芯片上时，存在线性度较差，温度测量范围较小，精度差，并且受外界环境影响较大的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种MEMS红外光源及其制作方法，以解决现有技术中红外光源将温度传感器集成在红外光源的芯片上时，存在线性度较差，温度测量范围较小，精度差，并且受外界环境影响较大的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种MEMS红外光源，包括：

衬底；

位于所述衬底表面的支撑层；

位于所述支撑层背离所述衬底表面的金属电极、热偶条结构层和加热电阻层，所述加热电阻层位于所述支撑层的中心区域，所述热偶条结构位于所述加热电阻层的相对两侧，所述金属电极位于所述加热电阻层的另外的相对两侧，且所述金属电极与所述加热电阻层欧姆接触；

位于所述加热电阻层背离所述支撑层表面的隔离保护层；

位于所述隔离保护层背离所述加热电阻层表面的辐射层。

优选地，所述衬底包括释放空腔结构，所述释放空腔结构为位于所述衬底朝向所述支撑层表面的凹槽结构，所述凹槽结构至少与所述加热电阻层对应。

优选地，所述热偶条结构层在所述支撑层上的投影为蛇形结构，所述热偶条结构层包括第一热偶条结构和第二热偶条结构，所述第一热偶条结构和所述第二热偶条结构首尾相接，组成蛇形结构热电堆结构的温度传感器。

优选地，所述第一热偶条结构为半导体材质，所述第二热偶条结构为金属材质。

优选地，所述第一热偶条结构的材质为P型多晶硅或N型多晶硅；所述第二热偶条结构的材质为铝、金、铋、锑中的一种。

优选地，所述加热电阻层为金属材质或半导体材质。

优选地，所述支撑层为氧化硅层、氮化硅层、或氮化硅和氧化硅组成的多层复合膜结构。

优选地，所述金属电极为单层金属膜或金属复合层结构。

优选地，所述辐射层为氮化钛、金黑、银黑、铂黑或者纳米硅材料中的任意一种。

本发明还提供一种MEMS红外光源制作方法，用于制作上述任意一项所述的红外光源，所述红外光源制作方法包括：

提供衬底；

在所述衬底的一个表面上形成支撑层；

在所述支撑层背离所述衬底的表面分别形成金属电极、热偶条结构层和加热电阻层，并在所述加热电阻层背离所述支撑层的表面形成隔离保护层；

在所述隔离保护层背离所述加热电阻层的表面形成辐射层。

优选地，所述在所述支撑层背离所述衬底的表面分别形成金属电极、热偶条结构层和加热电阻层，并在所述加热电阻层背离所述支撑层的表面形成隔离保护层，具体包括：

在所述支撑层背离所述衬底的中心区域表面形成第一薄膜；

在所述第一薄膜的中心区域形成隔离保护层；

图形化所述隔离保护层和所述隔离保护层对应的第一薄膜区域，图形化后的所述隔离保护层对应的第一薄膜区域形成加热电阻层；

图形化所述第一薄膜区域上所述隔离保护层外对应的区域，形成第一热偶条结构；

在所述支撑层背离所述衬底的表面形成第二薄膜；

图形化所述第二薄膜，形成第二热偶条结构；

在所述支撑层背离所述衬底的表面形成第三薄膜；

图形化所述第三薄膜，形成金属电极。

优选地，所述在所述支撑层背离所述衬底的表面分别形成金属电极、热偶条结构层和加热电阻层，并在所述加热电阻层背离所述支撑层的表面形成隔离保护层，具体包括：

在所述支撑层背离所述衬底的表面形成第一薄膜；

图形化所述第一薄膜的中心区域，形成加热电阻层；

图形化所述第一薄膜的中心区域相对两侧的区域，形成所述第一热偶条结构；

在所述支撑层背离所述衬底的表面形成第二薄膜；

图形化所述第二薄膜，形成所述第二热偶条结构；

在所述支撑层背离所述衬底的表面形成第三薄膜；

图形化所述第三薄膜，形成金属电极；

在所述加热电阻层表面形成所述隔离保护层。

优选地，在所述提供衬底之后，所述在所述衬底的一个表面上形成支撑层之前，还包括：

在所述衬底的待制作支撑层的表面刻蚀形成释放阻挡沟槽结构，所述释放阻挡沟槽结构将所述衬底分为中心区域和边缘区域。

优选地，所述在所述衬底的一个表面上形成支撑层具体为：

在所述衬底的待制作支撑层的表面生长支撑层，所述支撑层填充所述释放阻挡沟槽结构。

优选地，在步骤：在所述隔离保护层背离所述加热电阻层的表面形成辐射层之前还包括：

刻蚀所述衬底，在所述阻挡沟槽结构处刻蚀停止，在所述衬底朝向所述支撑层的表面形成释放空腔结构。

经由上述的技术方案可知，本发明提供的MEMS红外光源包括衬底、支撑层、金属电极、热偶条结构层、加热电阻层、隔离保护层和辐射层，所述热偶条结构层形成在红外光源内部芯片，形成耦合热电堆形成温度传感器，采用热电堆耦合的温度传感器实时监测红外光源的辐射温度变化，由于热电堆耦合的温度传感器制作工艺成熟，测量精度高，温度测量范围大，具有高灵敏度和稳定性的优势，可有效提高NDIR系统的探测精度和分辨率，在NDIR气体传感领域有应用前景。

另外，本发明还提供一种MEMS红外光源制作方法，由于所述MEMS红外光源的各个结构均可以采用CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)或MEMS工艺制作，从而便于与MEMS红外光源内部芯片的制作工艺兼容，减小了MEMS红外光源的制作工艺难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的MEMS红外光源的俯视图；

图2为沿图1中AA’线的MEMS红外光源的剖面图；

图3为本发明实施例提供的一种MEMS红外光源制作方法的流程图；

图4-图15为本发明提供的MEMS红外光源制作工艺步骤示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有技术中提供的一种红外光源，在支撑膜上方制作图形化的第一金属薄膜作为温度传感器，两端分布的两点作为输出引线点；在绝缘层上方制作图形化的第二金属薄膜作为加热源，上下分布的两个点作为接线点。由于所述红外光源芯片采取的铂丝热敏电阻构成的温度传感器，线性度较差，温度测量范围较小，精度差，并且受外界环境影响较大。

而发明人发现，热电堆为基于赛贝克效应机理工作，采用两种具有不同逸出功的电导体材料相互串接构建闭环回路(一对热电偶)，两串接处温度较高的一端为热结，较低的一端为冷结。材料中载流子沿着温度梯度降低的方向移动，此时闭环回路中有热电势产生，多对热电偶串接结合为热电堆。从而通过对热辐射区域的热结与衬底的冷结用热电堆耦合，利用温度差制备温度传感器，热电堆耦合的温度传感器制作工艺成熟，测量精度高，温度测量范围大，具有高灵敏度和稳定性的优势。

基于此，本发明提供一种MEMS红外光源，请参见图1和图2，其中，图1为本发明提供的MEMS红外光源的俯视图，图2为沿图1中AA’线的MEMS红外光源的剖面图，所述MEMS红外光源包括：衬底1；位于衬底1表面的支撑层(图2中2和3所示)；位于支撑层背离衬底1表面的金属电极104、热偶条结构层(图1中的102和103所示)和加热电阻层4，加热电阻层4位于支撑层的中心区域，热偶条结构位于加热电阻层4的相对两侧，金属电极104位于加热电阻层4的另外的相对两侧，且金属电极104与加热电阻层4欧姆接触；位于加热电阻层4背离支撑层表面的隔离保护层5；位于隔离保护层5背离加热电阻层4表面的辐射层6。

需要说明的是，现有技术中红外光源芯片采用封闭薄膜式结构，在高温工作时，红外光源结构内部容易产生较大的热应力，并且衬底与支撑膜的热传导损耗导致器件的热辐射温度变化明显，极易对NDIR中气敏探测器的测量产生极大的影响。本实施例中，如图1和图2所示，衬底1还包括释放空腔结构106，释放空腔结构106为位于衬底1朝向支撑层表面的凹槽结构，凹槽结构至少与加热电阻层4对应。释放空腔结构106通过支撑层上开设沟槽105进行刻蚀形成，具体蚀刻工艺，本发明中对此不做限定。释放空腔结构106使得所述红外光源结构形成四梁固支悬浮薄膜的结构。采用四梁固支悬浮薄膜的结构，不仅可以释放红外光源芯片边缘的集中热应力，并起到阻隔热传导的作用，降低结构应力，有效减少热传导损耗，提高光源的电光转换效率；而且可以实现对热电堆耦合的温度传感器的释放，进一步提高灵敏度、稳定性和温度的测量范围。

另外，热电堆采用两种具有不同逸出功的电导体材料相互串接构建闭环回路(一对热电偶)，请参见图1所示，本实施例中所述热偶条结构层在支撑层上的投影为蛇形结构，也即在图1所示的俯视图中，所述热偶条结构层包括第一热偶条结构102和第二热偶条结构103，所述第一热偶条结构102和所述第二热偶条结构103首尾相接，组成蛇形结构热电堆结构的温度传感器。

需要说明的是，本实施例中不限定第一热偶条结构102和第二热偶条结构103的具体材质，只要是两种具有不同逸出功的电导体材料即可，可选的，第一热偶条结构102为半导体材质，第二热偶条结构103为金属材质。更加可选的，第一热偶条结构的材质为P型多晶硅(P-poly Si)或N型多晶硅(N-poly Si)；第二热偶条结构的材质为铝、金、铋、锑中的一种，本实施例中对此不做限定。

本实施例中对衬底的材质不做限定，可采用硅框架衬底，硅框架衬底可采用矩形硅框架衬底，优选正方形硅框架衬底。更加可选的，衬底1为100单晶硅片。

支撑层主要用于对位于支撑层上方的加热电阻层4提供一定的支撑，因此，本实施例中对支撑层的材质不做限定，支撑层可以为氧化硅层、氮化硅层、或氮化硅和氧化硅组成的多层复合膜结构，用于减小热应力，提高结构的强度。如图2所示，本实施例中可选的，所述支撑层为氧化硅层2和氮化硅层3组成的多层复合膜结构。第一热偶条结构102和第二热偶条结构103以及加热电阻层4和金属电极104均固定在支撑层2、3的上方。

本实施例中不限定加热电阻层4的具体材质和具体形状，可以是图形化的金属电阻丝，金属电阻丝之间留有空隙，从而减少热传导通路，降低热质量，提高红外光源的动态性能，电阻材料可采用单层材料，如铜、铂、铝、钛、钨等，也可使用金属复合金属层材料，可在底层采用钛或铬金属作为粘附层，在粘附层上再沉积金属，如金、铂或铝等；加热电阻层4也可以采用矩形半导体加热电阻层，如硼或者磷掺杂的多晶硅。为与红外光源的整体工艺兼容，适用于CMOS或MEMS工艺，本实施例中可选的，加热电阻层采用矩形半导体加热电阻层，如硼或者磷掺杂的多晶硅。

本实施例中在加热电阻层4的相对两侧还设置有与加热电阻层4欧姆接触的金属电极104，加热电阻层4和金属电极104欧姆接触形成加热源。金属电极104的材质可选的，采用单层材料，如铜、铂、铝、钛、钨等，也可使用金属复合金属层电极，电极底层可采用钛或铬金属作为粘附层，在粘附层上再沉积金属，如金、铂或铝等，本实施例中对此不做限定。

辐射层6覆盖在加热电阻层4上，可以极大改善和提高加热电阻层4的红外发射率，进而提高红外光源的热辐射性能，辐射层6的材料可以为以下任意一种：氮化钛、金黑、银黑、铂黑或者纳米硅材料，本实施例中对辐射层的材质不做限定。

需要说明的是，辐射层6和加热电阻层4之间还包括隔离保护层5，本实施例中中加热电阻层4的材质可以为半导体材质也可以是金属材质，当加热电阻层4为半导体材质时，掺杂B源或者P源后才可以形成特定的符合红外光源要求的电阻，在CMOS工艺中，离子注入工艺需要在有掩蔽层下进行，因此，本实施例中隔离保护层5起到隔离保护作用；当加热电阻层4为金属材质时，由于本实施例中热电堆耦合的MEMS红外光源的可测量温度范围大，而大部分金属在较高温度下容易氧化，因此，本实施例中隔离保护层5起到电隔离和热绝缘的作用，从而防止金属电阻发生氧化，对MEMS红外光源产生影响。本实施例中对隔离保护层5的材质不进行限定，可选的，隔离保护层可以为氧化硅或者氮化硅。

本实施例中隔离保护层5还位于加热电阻层4和热电堆之间的支撑层上，从而起到电隔离和热绝缘加热电阻层和热电堆的作用，热电堆耦合的温度传感器接收到的温度是由MEMS红外光源内部芯片经过隔离保护层5间接接触转换后的温度，大幅增大热电堆温度反馈的测量范围，同时避免红外光源内部温度过高对热电堆耦合的温度传感器的严重影响。

本发明实施例提供的MEMS红外光源包括衬底、支撑层、金属电极、热偶条结构层、加热电阻层、隔离保护层和辐射层，所述热偶条结构层形成在红外光源内部芯片，形成耦合热电堆，用热电堆将红外辐射区域的热结与衬底的冷结串接，形成温度差，利用金属电极引出信号，构成温度传感器，利用热电堆的赛贝克效应，在半导体结构和电极结构闭环回路之间，载流子顺着温度梯度移动产生热电势，通过对所述温度传感器的分压的测量，可以实时反馈红外光源的温度漂移情况，并且不受外界环境的影响，方便对探测器测试进行补偿测量，从而提高探测器测试的准确性和稳定性。

采用热电堆耦合的温度传感器实时监测红外光源的辐射温度变化，不易受外界环境干扰。由于热电堆耦合形成的温度传感器仅与材料及温度相关，灵敏度高，温度测量范围大，响应率快，测量精度高，具有高灵敏度和稳定性的优势，可有效提高NDIR系统的探测精度和分辨率，在NDIR气体传感领域有应用前景。

进一步地，所述MEMS红外光源还可以包括释放空腔结构，释放空腔结构使得所述红外光源结构形成四梁固支悬浮薄膜的结构。采用四梁固支悬浮薄膜的结构，不仅可以释放红外光源芯片边缘的集中热应力，并起到阻隔热传导的作用，降低结构应力，有效减少热传导损耗，提高光源的电光转换效率；而且可以实现对热电堆耦合的温度传感器的释放，进一步提高灵敏度、稳定性和温度的测量范围，极大改善了封闭薄膜热应力大的缺势以及传导散热大的劣势。

本发明实施例还提供一种MEMS红外光源制作方法，用于制作上面实施例所述MEMS红外光源，如图3所示，为本发明实施例提供的一种MEMS红外光源制作方法的流程图，所述MEMS红外光源制作方法具体包括：

步骤S101：提供衬底；

本实施例中对衬底的材质不做限定，可采用硅框架衬底，硅框架衬底可采用矩形硅框架衬底，优选正方形硅框架衬底。更加可选的，衬底为100单晶硅片。

步骤S102：在所述衬底的一个表面上形成支撑层；

请参见图4，在衬底1上热氧一层300nm～500nm氧化硅支撑层2，需要说明的是，支撑层还可以是氮化硅层，或氧化硅层和氮化硅层的复合结构，本实施例中对此不做限定，可以依据实际需求而设定。

需要说明的是，本实施例中在形成支撑层之前，还包括：在衬底的待制作支撑层的表面刻蚀形成释放阻挡沟槽结构，释放阻挡沟槽结构将衬底分为中心区域和边缘区域。在衬底的待制作支撑层的表面生长支撑层，支撑层填充释放阻挡沟槽结构。刻蚀衬底，在阻挡沟槽结构处刻蚀停止，在衬底朝向支撑层的表面形成释放空腔结构。

需要说明的是，本实施例中支撑层包括氧化硅支撑层2和氮化硅层复合结构，因此，可选的，在氧化硅支撑层2制作完成后，即可通过steep光刻和刻蚀的方法在氧化硅支撑层2上刻蚀后续释放阻挡沟槽结构101，如图5所示和图6所示，图5为制作释放阻挡沟槽结构后的剖面结构示意图，图6为对应的俯视示意图。

后续在氧化硅支撑层2通过LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition低压力化学气相沉积法)或PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积法)沉积一层100nm～200nm的低应力氮化硅支撑层3，如图7所示，氮化硅支撑层3形成过程中，填充了释放阻挡沟槽结构101，从而后续用做刻蚀阻挡层。

步骤S103：在所述支撑层背离所述衬底的表面分别形成金属电极、热偶条结构层和加热电阻层，并在所述加热电阻层背离所述支撑层的表面形成隔离保护层。

其中，所述加热电阻层位于所述支撑层的中心区域，所述热偶条结构位于所述加热电阻层的相对两侧，所述金属电极位于所述加热电阻层的另外的相对两侧，且所述金属电极与所述加热电阻层欧姆接触。

需要说明的是，本实施例中不限定金属电极、热偶条结构层和加热电阻层的具体材质以及形成的具体过程，可选的，在支撑层背离衬底的中心区域表面形成第一薄膜；在第一薄膜的中心区域形成隔离保护层；图形化隔离保护层和隔离保护层对应的第一薄膜区域，图形化后的隔离保护层对应的第一薄膜区域形成加热电阻层；图形化第一薄膜区域上隔离保护层外对应的区域，形成第一热偶条结构；在支撑层背离衬底的表面形成第二薄膜；图形化第二薄膜，形成第二热偶条结构；在支撑层背离衬底的表面形成第三薄膜；图形化第三薄膜，形成金属电极。

具体的，包括以下步骤：

依次在低应力氮化硅支撑层3采用LPCVD或PECVD工艺沉积400nm～600nm多晶硅层4(也即第一薄膜)和20nm～60nm的氮化硅层5(也即隔离保护层)，离子注入B源，掺杂改变多晶硅的电阻，形成P型多晶硅，如图7所示。

本实施例中加热电阻层4为掺杂改变多晶硅的电阻，形成P型多晶硅的半导体材料，在本发明的其他实施例中，加热电阻层4还可以为金属电极层，可选的，加热电阻层4的制作步骤为磁控溅射一层100nm～300nm的Ti粘附层和800nm～1200nm的Pt金属薄膜。

再利用RIE刻蚀多晶硅，图形化出加热电阻层4和第一热偶条结构102，具体图形可参照图8和图9所示，其中图8为图形化出加热电阻层和第一热偶条结构的剖面结构示意图，图9为对应的俯视示意图。

再磁控溅射一层800nm～1200nm的Al电极，也即第二薄膜，湿法腐蚀图形化形成第二热偶条结构103，具体图形可参照图10和图11，其中，图10为剖面结构示意图，图11为对应的俯视示意图第一热偶条结构102和第二热偶条结构103串接形成热电堆结构的温度传感器；

需要说明的是，本实施例中，第一热偶条结构为半导体材质，第二热偶条结构为金属电极材质，在其他实施例中，所述第一热偶条结构为金属电极材质，第二热偶条结构为半导体材质，此时，只要将制作第一热偶条结构102和第二热偶条结构103的步骤交换即可，即在低应力氮化硅支撑层3采用磁控溅射工艺溅射一层100nm～300nm的Ti粘附层和800nm～1200nm的Pt金属薄膜；再利用lift-off工艺图形化金属薄膜，形成图形化加热电阻层，加热电阻层为电阻丝，电极之间留有空隙，这样可以减少热传导通路，降低热质量，同时形成图形化第二热偶条结构103；利用LPCVD或PECVD生长一层400nm～600nm多晶硅，掺杂B源形成P型多晶硅，利用RIE刻蚀形成第一热偶条结构102，与第二热偶条结构103串接形成热电堆结构的温度传感器。本实施例中对上述步骤不做限定。

后续再在加热电阻层的相对两侧行形成第三薄膜，并图形化形成金属电极104，与中心区域的加热电阻4欧姆接触形成加热源，具体图形可参照图12，具体图形可参照图12和图13，其中，图12为剖面结构示意图，图13为对应的俯视示意图。

需要说明的是，本实施例中优选的，第二热偶条结构103的材质与加热电阻层4的材质相同，从而可以通过一个膜形成步骤和一个图形化步骤，得到得人热偶条结构103和加热电阻层4。

另外，本发明实施例还提供一种形成金属电极、热偶条结构层和加热电阻层的步骤：在支撑层背离衬底的表面形成第一薄膜；图形化第一薄膜的中心区域，形成加热电阻层；图形化第一薄膜的中心区域相对两侧的区域，形成第一热偶条结构；在支撑层背离衬底的表面形成第二薄膜；图形化第二薄膜，形成第二热偶条结构；在支撑层背离衬底的表面形成第三薄膜；图形化第三薄膜，形成金属电极；在加热电阻层表面形成隔离保护层。

即隔离保护层在最后形成，本实施例中不再详细赘述。

步骤S104：在所述隔离保护层背离所述加热电阻层的表面形成辐射层。

需要说明的是，在所述隔离保护层背离所述加热电阻层的表面形成辐射层之前还可以包括：刻蚀所述衬底，在所述阻挡沟槽结构处刻蚀停止，在所述衬底朝向所述支撑层的表面形成释放空腔结构。请参见图14，利用RIE刻蚀氮化硅支撑层3和氧化硅支撑层2形成沟槽105，利用XeF₂干法刻蚀形成释放空腔结构106，刻蚀在阻挡沟槽结构处停止，具体图形可参照图15。

最后利用电镀或者喷墨在隔离保护层5上沉积一层碳黑、铂黑或者纳米硅材料，形成辐射层6，增强加热电阻的辐射率，具体图形可参照图2所示。

综上所述，本发明提供的MEMS红外光源制作方法，在加热电阻层下方集成了耦合热电堆结构的温度传感器，热电堆结构通过电极引出，在外部通过对所述温度传感器的电阻值或者分压的测量，可以实时反馈红外光源的温度漂移情况，方便对NDIR探测器测试进行补偿测量，从而提高探测器测试的准确性和稳定性。由于所述MEMS红外光源的各个结构均可以采用CMOS或MEMS工艺制作，从而便于与MEMS红外光源内部芯片的制作工艺兼容，输出信号不易受外界影响，增加了稳定性，减小了工艺难度。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (15)

1.一种MEMS红外光源，其特征在于，包括：

衬底；

位于所述衬底表面的支撑层；

位于所述支撑层背离所述衬底表面的金属电极、热偶条结构层和加热电阻层，所述加热电阻层位于所述支撑层的中心区域，所述热偶条结构位于所述加热电阻层的相对两侧，所述金属电极位于所述加热电阻层的另外的相对两侧，且所述金属电极与所述加热电阻层欧姆接触；

位于所述加热电阻层背离所述支撑层表面的隔离保护层；

位于所述隔离保护层背离所述加热电阻层表面的辐射层。

2.根据权利要求1所述的MEMS红外光源，其特征在于，所述衬底包括释放空腔结构，所述释放空腔结构为位于所述衬底朝向所述支撑层表面的凹槽结构，所述凹槽结构至少与所述加热电阻层对应。

3.根据权利要求1所述的MEMS红外光源，其特征在于，所述热偶条结构层在所述支撑层上的投影为蛇形结构，所述热偶条结构层包括第一热偶条结构和第二热偶条结构，所述第一热偶条结构和所述第二热偶条结构首尾相接，组成蛇形结构热电堆结构的温度传感器。

4.根据权利要求3所述的MEMS红外光源，其特征在于，所述第一热偶条结构为半导体材质，所述第二热偶条结构为金属材质。

5.根据权利要求4所述的MEMS红外光源，其特征在于，所述第一热偶条结构的材质为P型多晶硅或N型多晶硅；所述第二热偶条结构的材质为铝、金、铋、锑中的一种。

6.根据权利要求4所述的MEMS红外光源，其特征在于，所述加热电阻层为金属材质或半导体材质。

7.根据权利要求1所述的MEMS红外光源，其特征在于，所述支撑层为氧化硅层、氮化硅层、或氮化硅和氧化硅组成的多层复合膜结构。

8.根据权利要求1所述的MEMS红外光源，其特征在于，所述金属电极为单层金属膜或金属复合层结构。

9.根据权利要求1所述的MEMS红外光源，其特征在于，所述辐射层为氮化钛、金黑、银黑、铂黑或者纳米硅材料中的任意一种。

10.一种MEMS红外光源制作方法，其特征在于，用于制作权利要求1-9任意一项所述的红外光源，所述红外光源制作方法包括：

提供衬底；

在所述衬底的一个表面上形成支撑层；

在所述支撑层背离所述衬底的表面分别形成金属电极、热偶条结构层和加热电阻层，并在所述加热电阻层背离所述支撑层的表面形成隔离保护层；

在所述隔离保护层背离所述加热电阻层的表面形成辐射层。

11.根据权利要求10所述的MEMS红外光源制作方法，其特征在于，所述在所述支撑层背离所述衬底的表面分别形成金属电极、热偶条结构层和加热电阻层，并在所述加热电阻层背离所述支撑层的表面形成隔离保护层，具体包括：

在所述支撑层背离所述衬底的中心区域表面形成第一薄膜；

在所述第一薄膜的中心区域形成隔离保护层；

图形化所述隔离保护层和所述隔离保护层对应的第一薄膜区域，图形化后的所述隔离保护层对应的第一薄膜区域形成加热电阻层；

图形化所述第一薄膜区域上所述隔离保护层外对应的区域，形成第一热偶条结构；

在所述支撑层背离所述衬底的表面形成第二薄膜；

图形化所述第二薄膜，形成第二热偶条结构；

在所述支撑层背离所述衬底的表面形成第三薄膜；

图形化所述第三薄膜，形成金属电极。

12.根据权利要求10所述的MEMS红外光源制作方法，其特征在于，所述在所述支撑层背离所述衬底的表面分别形成金属电极、热偶条结构层和加热电阻层，并在所述加热电阻层背离所述支撑层的表面形成隔离保护层，具体包括：

在所述支撑层背离所述衬底的表面形成第一薄膜；

图形化所述第一薄膜的中心区域，形成加热电阻层；

图形化所述第一薄膜的中心区域相对两侧的区域，形成第一热偶条结构；

在所述支撑层背离所述衬底的表面形成第二薄膜；

图形化所述第二薄膜，形成第二热偶条结构；

在所述支撑层背离所述衬底的表面形成第三薄膜；

图形化所述第三薄膜，形成金属电极；

在所述加热电阻层表面形成所述隔离保护层。

13.根据权利要求10-12任意一项所述的MEMS红外光源制作方法，其特征在于，在所述提供衬底之后，所述在所述衬底的一个表面上形成支撑层之前，还包括：

在所述衬底的待制作支撑层的表面刻蚀形成释放阻挡沟槽结构，所述释放阻挡沟槽结构将所述衬底分为中心区域和边缘区域。

14.根据权利要求13所述的MEMS红外光源制作方法，其特征在于，所述在所述衬底的一个表面上形成支撑层具体为：

在所述衬底的待制作支撑层的表面生长支撑层，所述支撑层填充所述释放阻挡沟槽结构。

15.根据权利要求14所述的MEMS红外光源制作方法，其特征在于，在步骤：在所述隔离保护层背离所述加热电阻层的表面形成辐射层之前还包括：

刻蚀所述衬底，在所述阻挡沟槽结构处刻蚀停止，在所述衬底朝向所述支撑层的表面形成释放空腔结构。