CN117553252B - 基于压电薄膜调制的mems红外光源组件及检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于压电薄膜调制的MEMS红外光源组件及检测装置，该红外光源组件包括硅衬底、支撑层、第一金属层、压电材料层、第二金属层、隔离层、发热材料层、绝缘层、红外辐射材料层、压电电极及发热电极；硅衬底中央设有衬底通孔，支撑层覆盖设置于硅衬底的上层，支撑层中一侧边向衬底通孔进行凸出延伸形成凸出支撑部。上述MEMS红外光源组件，采用压电材料层的逆压电效应来产生薄膜高频振动、发热材料层持续通电，达到光源高调制效果，且能够大幅度地提升MEMS红外光源的稳定性；采用凸出支撑部及其上层覆盖设置的材料层形成独臂梁式薄膜结构，使得该结构振动幅度更大，大幅提高了MEMS红外光源的调制深度。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种基于压电薄膜调制的MEMS红外光源组件及检测装置。
背景技术
红外检测是一项拥有广泛应用前景和巨大市场潜力的重要技术，尤其在气体检测领域得到了广泛应用。红外气体检测技术由于其精度高、响应快和选择性高等特点，备受关注和研究。在红外气体检测技术中，红外光源作为核心零部件在很大程度上影响器件尺寸、功耗、检测分辨率和检测极值等多个方面的性能，其中光源的调制特性严重影响检测的准确性和灵敏度。
一般地，采用微型灯泡光源加机械斩波轮装置实现的调制模式已经很难满足目前的技术需求，现有的装置结构同时存在器件体积大、集成度低等劣势。目前通过设计合适的薄膜结构和选择低热质量的材料，再结合工艺加工制备MEMS红外光源来增加调制频率；这类光源通常采用封闭式或悬浮式薄膜结构，选择金属或半导体薄膜作为发热电极，加工得到可调制的红外辐射光源；当前技术方法中的这类红外光源虽然在调制频率和深度上得到一定提高，但薄膜结构与辐射性能的稳定性往往并不理想。因此，现有技术中的薄膜结构红外光源存在应用稳定性较差的问题。
发明内容
本发明所提供的一种基于压电薄膜调制的MEMS红外光源组件及检测装置，旨在解决现有技术中的薄膜结构红外光源所存在的应用稳定性较差的问题。
第一方面，本发明公开了一种基于压电薄膜调制的MEMS红外光源组件，包括硅衬底、支撑层、第一金属层、压电材料层、第二金属层、隔离层、发热材料层、绝缘层、红外辐射材料层、压电电极及发热电极；
所述硅衬底中央设有衬底通孔，支撑层覆盖设置于所述硅衬底的上层，所述支撑层中一侧边向所述衬底通孔进行凸出延伸形成凸出支撑部；
所述第一金属层为T形结构，所述第一金属层覆盖于所述支撑层延伸所述凸出支撑部的一侧边及所述凸出支撑部上；
所述第一金属层上依次覆盖设置所述压电材料层、所述第二金属层、所述隔离层、所述发热材料层、所述绝缘层及所述红外辐射材料层；
所述第一金属层、所述压电材料层、所述第二金属层及所述隔离层对所述凸出支撑部的覆盖宽度均与所述凸出支撑部的宽度相等，所述发热材料层、所述绝缘层及所述红外辐射材料层对所述凸出支撑部的覆盖宽度不大于所述凸出支撑部的宽度；
两个第一开孔及两个第二开孔设置于与所述支撑层延伸所述凸出支撑部的一侧边对应的位置；所述第一开孔由所述发热材料层、所述绝缘层及所述红外辐射材料层依次贯穿形成；所述第二开孔由所述第一金属层、所述压电材料层、所述第二金属层、所述隔离层、所述发热材料层、所述绝缘层及所述红外辐射材料层依次贯穿形成；
两个所述第一开孔内分别设置一个所述发热电极，两个所述发热电极分别与所述发热材料层的两侧进行电连接；两个所述第二开孔内分别设置一个所述压电电极，两个所述压电电极分别与所述第一金属层及所述第二金属层进行电连接；
一个所述凸出支撑部及其上层对应设置的所述第一金属层、所述压电材料层、所述第二金属层、所述隔离层、所述发热材料层、所述绝缘层、所述红外辐射材料层、所述压电电极及所述发热电极组合为一个光源单元，所述硅衬底上对应设置一个或多个所述光源单元。
所述的基于压电薄膜调制的MEMS红外光源组件，其中，所述凸出支撑部的下端面还设有附属红外辐射材料层。
所述的基于压电薄膜调制的MEMS红外光源组件，其中，所述凸出支撑部的下端面还依次设有附属发热材料层、附属绝缘层及附属红外辐射材料层。
所述的基于压电薄膜调制的MEMS红外光源组件，其中，所述硅衬底上设置有多个所述光源单元，所述光源单元呈矩阵式排列以组合为光源阵列结构；所述光源阵列结构内包含的光源单元的数量为n×m，n为光源单元的列数，n为1或2，m为同一列光源单元的并排设置数量，m为不小于1的整数。
所述的基于压电薄膜调制的MEMS红外光源组件，其中，所述硅衬底为单晶硅或SOI硅片；
所述支撑层为单层低应力SiO2层、Si3N4层或富硅SiNx材料层，或者是，所述支撑层为由SiO2层、Si3N4层或富硅SiNx材料层组合形成的复合型支撑膜层；
所述隔离层为单层低应力SiO2层、Si3N4层或富硅SiNx材料层，或者是，所述隔离层为由SiO2层、Si3N4层或富硅SiNx材料层组合形成的复合型隔离膜层；
所述绝缘层为单层低应力SiO2层、Si3N4层或富硅SiNx材料层，或者是，所述绝缘层为由SiO2层、Si3N4层或富硅SiNx材料层组合形成的复合型绝缘膜层。
所述的基于压电薄膜调制的MEMS红外光源组件，其中，所述第一金属层及所述第二金属层均为Pt、Au、Cu、Mo、Ti中的一种材料形成的金属层或多种金属材料组合形成的金属层。
所述的基于压电薄膜调制的MEMS红外光源组件，其中，所述发热材料层为Pt、多晶硅、W、Mo、Ni、TiN、SiC中的一种材料形成的材料层。
所述的基于压电薄膜调制的MEMS红外光源组件，其中，所述红外辐射材料层为非晶碳层、纳米黑硅层、SiC薄膜层，或Ni3+、Cr3+掺杂Fe2O3及Mn2O3的材料层。
第二方面，本发明公开了一种检测装置，其中，所述检测装置用于气体检测，检测装置包括长条状的气室及如上述第一方面所述的基于压电薄膜调制的MEMS红外光源组件；
所述MEMS红外光源组件设置于所述气室的中段以对所述气室进行分隔形成第一气室及第二气室；
所述第一气室及所述第二气室靠近所述MEMS红外光源组件一端的侧壁上均设有进气口，所述第一气室及所述第二气室远离所述MEMS红外光源组件一端的侧壁上均设有出气口；
所述第一气室的末端及所述第二气室的末端均设有对末端进行封闭的控制板；所述控制板朝向所述MEMS红外光源组件的一侧面设有窄带滤光片；所述窄带滤光片与对应的控制板之间设有红外探测器；所述控制板远离所述MEMS红外光源组件的一侧面设有与所述红外探测器进行电连接的引脚。
第三方面，本发明还公开了一种检测装置，其中，所述检测装置用于气体检测，检测装置包括气室及如上述第一方面所述的基于压电薄膜调制的MEMS红外光源组件；
所述MEMS红外光源组件设置于所述气室的中段，所述气室包括以所述MEMS红外光源组件为起点向外呈辐条状延伸形成的多个子气室；所述MEMS红外光源组件左右两侧的子气室对称设置，所述子气室的数量大于2个；
各所述子气室靠近所述MEMS红外光源组件一端的侧壁上均设有进气口，各所述子气室远离所述MEMS红外光源组件一端的侧壁上均设有出气口；
各所述子气室的末端均设有对末端进行封闭的控制板；所述控制板朝向所述MEMS红外光源组件的一侧面设有窄带滤光片；各所述窄带滤光片与对应的控制板之间设有红外探测器；所述控制板远离所述MEMS红外光源组件的一侧面设有与所述红外探测器进行电连接的引脚。
本发明所公开的一种基于压电薄膜调制的MEMS红外光源组件及检测装置，该红外光源组件包括硅衬底、支撑层、第一金属层、压电材料层、第二金属层、隔离层、发热材料层、绝缘层、红外辐射材料层、压电电极及发热电极；硅衬底中央设有衬底通孔，支撑层覆盖设置于硅衬底的上层，支撑层中一侧边向衬底通孔进行凸出延伸形成凸出支撑部。上述MEMS红外光源组件，采用压电材料层的逆压电效应来产生薄膜高频振动，达到光源高调制效果；压电材料层在电压驱动下振动、发热材料层持续通电，能够大幅度地提升MEMS光源的稳定性；同时，采用凸出支撑部及其上层覆盖设置的材料层形成独臂梁式薄膜结构，使得该结构在压电材料层的作用下振动幅度更大，大幅提高了MEMS红外光源的调制深度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于压电薄膜调制的MEMS红外光源组件的一种实施例的整体结构图；
图2为本发明实施例提供的基于压电薄膜调制的MEMS红外光源组件的另一种实施例的整体结构图；
图3为本发明实施例提供的基于压电薄膜调制的MEMS红外光源组件的又一种实施例的整体结构图；
图4为本发明实施例提供的检测装置的一种实施例的剖面结构图；
图5为本发明实施例提供的检测装置的另一种实施例的剖面结构图。
附图标号：1、硅衬底；101、衬底通孔；2、支撑层；11、第一金属层；12、压电材料层；13、第二金属层；14、隔离层；15、发热材料层；16、绝缘层；17、红外辐射材料层；18、压电电极；19、发热电极；10、光源单元；21、附属红外辐射材料层；31、第一气室；32、第二气室；301、子气室；41、MEMS红外光源组件；42、进气口；43、出气口；44、控制板；45、窄带滤光片；451、红外探测器；452、引脚。
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。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和、或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和、或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和、 或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
本发明公开了一种基于压电薄膜调制的MEMS红外光源组件，如图1所示，该红外光源组件包括硅衬底1、支撑层2、第一金属层11、压电材料层12、第二金属层13、隔离层14、发热材料层15、绝缘层16、红外辐射材料层17、压电电极18及发热电极19；所述硅衬底1中央设有衬底通孔101，支撑层2覆盖设置于所述硅衬底1的上层，所述支撑层2中一侧边向所述衬底通孔101进行凸出延伸形成凸出支撑部；所述第一金属层11为T形结构，所述第一金属层11覆盖于所述支撑层2延伸所述凸出支撑部的一侧边及所述凸出支撑部上；所述第一金属层11上依次覆盖设置所述压电材料层12、所述第二金属层13、所述隔离层14、所述发热材料层15、所述绝缘层16及所述红外辐射材料层17；所述第一金属层11、所述压电材料层12、所述第二金属层13及所述隔离层14对所述凸出支撑部的覆盖宽度均与所述凸出支撑部的宽度相等，所述发热材料层15、所述绝缘层16及所述红外辐射材料层17对所述凸出支撑部的覆盖宽度不大于所述凸出支撑部的宽度，也即是发热材料层15、所述绝缘层16及所述红外辐射材料层17对所述凸出支撑部的覆盖宽度略小于或接近于所述凸出支撑部的宽度；两个第一开孔及两个第二开孔设置于与所述支撑层2延伸所述凸出支撑部的一侧边对应的位置；所述第一开孔由所述发热材料层15、所述绝缘层16及所述红外辐射材料层17依次贯穿形成；所述第二开孔由所述第一金属层11、所述压电材料层12、所述第二金属层13、所述隔离层14、所述发热材料层15、所述绝缘层16及所述红外辐射材料层17依次贯穿形成；两个所述第一开孔内分别设置一个所述发热电极19，两个所述发热电极19分别与所述发热材料层15的两侧进行电连接；两个所述第二开孔内分别设置一个所述压电电极18，两个所述压电电极18分别与所述第一金属层11及所述第二金属层13进行电连接；一个所述凸出支撑部及其上层对应设置的所述第一金属层11、所述压电材料层12、所述第二金属层13、所述隔离层14、所述发热材料层15、所述绝缘层16、所述红外辐射材料层17、所述压电电极18及所述发热电极19组合为一个光源单元10，所述硅衬底1上对应设置一个或多个所述光源单元10。
在硅衬底1的上层依次设置有支撑层2、第一金属层11、压电材料层12、第二金属层13、隔离层14、发热材料层15、绝缘层16及红外辐射材料层17，其中，第一金属层11、压电材料层12、第二金属层13、隔离层14、发热材料层15、绝缘层16及红外辐射材料层17的形状相同（均为T形结构），压电电极18设置于第二开孔内，发热电极19设置于第一开孔内。由于逆压电效应的作用，压电材料层12在往复的电压驱动下发生高频振动。由于该压电材料层12上表面设置有隔离层14、发热材料层15、绝缘层16和红外辐射材料层17，相当于MEMS红外光源薄膜结构固定在压电材料层12上。当该压电材料层12发生高频往复振动时，其上表面的MEMS红外光源组件41中的独臂悬梁结构也会随之发生高频往复运动，从而增加了MEMS光源的调制频率。同时，由于本发明采用了独臂悬梁式结构，使得该结构在压电材料层12的作用下振动幅度更大，进而进一步提高了MEMS红外光源的调制深度；另外，该结构仅一支梁支撑结构，大幅度降低了热传导损耗进而降低了光源的工作功耗。
具体应用过程中，可设置由第一金属层11、压电材料层12、第二金属层13、隔离层14、发热材料层15、绝缘层16、红外辐射材料层17组成的多个材料层进行复合叠加加工；则凸出支撑部及其上层覆盖设置的材料层形成独臂梁式薄膜结构，由于独臂梁式薄膜结构伸入衬底通孔101的上方，因此该独臂梁式薄膜结构在压电材料层12的作用下振动幅度更大，能够大幅提高了MEMS红外光源的调制深度。与此同时，由于独臂梁式薄膜结构三个侧面与外部器件进行隔离，大幅度降低了热传导损耗，进而降低了光源的工作功耗。
压电材料层12在电压驱动下振动、发热材料层15持续通电，能够大幅度地提升MEMS光源的稳定性；采用压电材料的逆压电效应来产生薄膜高频振动，达到光源高调制效果。
该独臂悬梁结构的长度和宽度的尺寸关系可以根据实际需求进行设计加工，在本发明中不做具体限定。在一种典型的实施例中，可设置凸出支撑部的长度为宽度的2.5-6倍。
本发明的制备方法：准备单晶硅片衬底，在硅衬底1上依次溅射、蒸镀支撑层2、第一金属层11、压电材料层12、第二金属层13、隔离层14、发热材料层15、绝缘层16、红外辐射材料层17，从上到下依次图案化各个膜层，并进一步完成压电电极18和发热电极19焊盘开孔的刻蚀。再通过进行背腔刻蚀，在硅衬底1的底部刻蚀形成衬底通孔101。
在更具体的实施例中，所述凸出支撑部的下端面还设有附属红外辐射材料层21。进一步的，所述凸出支撑部的下端面还依次设有附属发热材料层15、附属绝缘层16及附属红外辐射材料层21。
可在凸出支撑部的下端面设置附属红外辐射材料层21，从而形成基于压电薄膜调制的MEMS红外光源Dual结构（双重结构），附属红外辐射材料层21与上述红外辐射材料层17材质、厚度相同，具体结构如图2所示。由于本发明采用的是先进的MEMS制造加工工艺，不计硅衬底1的厚度，则其余部分整体膜层厚度在几微米范围内。由于热传导，独臂悬梁的上下表面的温度基本趋于一致，在支撑层2下表面设置有附属红外辐射材料层21即可得到上下表面均能辐射红外光的Dual结构（双重结构）。更进一步的，还可在凸出支撑部的下端面依次设有附属发热材料层15、附属绝缘层16及附属红外辐射材料层21。
在更具体的实施例中，如图3所示，所述硅衬底1上设置有多个所述光源单元10，所述光源单元10呈矩阵式排列以组合为光源阵列结构；所述光源阵列结构内包含的光源单元10的数量为n×m，n为光源单元10的列数，n为1或2，m为同一列光源单元10的并排设置数量，m为不小于1的整数。
可在硅衬底1上设置多个光源单元10，各光源单元10的结构尺寸均相同；多个光源单元10呈矩阵式排列以组合为光源阵列结构，光源阵列结构内包含的光源单元10的数量为n×m，n为1时，则在硅衬底1的一侧边可排列设置m个光源单元10，此时光源单元10的数量为1×m个；n为2时，则可在硅衬底1相对的两个侧边均排列设置m个光源单元10，此时光源单元10的数量为2×m个。则n为光源单元10的列数，且n为1或2；m为同一列光源单元10的并排设置数量，且m为不小于1的整数。通过采用矩阵式排列的设计结构，可大幅度提升红外光源组件的发光功率，在特定红外检测应用中提供足够的红外光强。
例如，如图3所示，在本申请公开的一种具体实施例中，在硅衬底1的两个侧边分别设置有两列光源单元10，每一列光源单元10均包含3个光源单元10；则此时光源单元10的数量为2×3个。
在更具体的实施例中，所述硅衬底1为单晶硅或SOI硅片；所述支撑层2为单层低应力SiO2层、Si3N4层或富硅SiNx材料层，或者是，所述支撑层2为由SiO2层、Si3N4层或富硅SiNx材料层组合形成的复合型支撑膜层；所述隔离层14为单层低应力SiO2层、Si3N4层或富硅SiNx材料层，或者是，所述隔离层14为由SiO2层、Si3N4层或富硅SiNx材料层组合形成的复合型隔离膜层；所述绝缘层16为单层低应力SiO2层、Si3N4层或富硅SiNx材料层，或者是，所述绝缘层16为由SiO2层、Si3N4层或富硅SiNx材料层组合形成的复合型绝缘膜层。具体的，所述第一金属层11及所述第二金属层13均为Pt、Au、Cu、Mo、Ti中的一种材料形成的金属层或多种金属材料组合形成的金属层。其中，所述发热材料层15为Pt、多晶硅、W、Mo、Ni、TiN、SiC中的一种材料形成的材料层。
具体的，可设置硅衬底1为单晶硅或SOI硅片。可设置支撑层2、隔离层14、绝缘层16为单层低应力SiO2层、Si3N4层或富硅SiNx材料层，或者是由SiO2层、Si3N4层或富硅SiNx材料层组合形成的复合膜层。
进一步的，为提高第一金属层11及第二金属层13的导电率，可设置第一金属层11及第二金属层13均为Pt、Au、Cu、Mo、Ti中的一种材料形成的金属层或多种金属材料组合形成的金属层。为提高发热材料层的发热效率，可设置发热材料层15为Pt、多晶硅、W、Mo、Ni、TiN、SiC中的一种材料形成的材料层。
在更具体的实施例中，所述红外辐射材料层17为非晶碳层、纳米黑硅层、SiC薄膜层，或Ni3+、Cr3+掺杂Fe2O3及Mn2O3的材料层。
为提高红外辐射材料层17的辐射率，可设置红外辐射材料层17为非晶碳层、纳米黑硅层、SiC薄膜层，或Ni3+、Cr3+掺杂Fe2O3及Mn2O3的材料层。进一步的，压电电极18及发热电极19均可设置为铝金属电极，从而提高电极的导电率。
本发明实施例还公开了一种检测装置，该检测装置用于气体检测，如图4所示，其中，所述检测装置包括长条状的气室及如上述实施例所述的基于压电薄膜调制的MEMS红外光源组件41；所述MEMS红外光源组件41设置于所述气室的中段以对所述气室进行分隔形成第一气室31及第二气室32； 所述第一气室31及所述第二气室32靠近所述MEMS红外光源组件41一端的侧壁上均设有进气口42，所述第一气室31及所述第二气室32远离所述MEMS红外光源组件41一端的侧壁上均设有出气口43；所述第一气室31的末端及所述第二气室32的末端均设有对末端进行封闭的控制板44；所述控制板44朝向所述MEMS红外光源组件41的一侧面设有窄带滤光片45；所述窄带滤光片45与对应的控制板44之间设有红外探测器451；所述控制板44远离所述MEMS红外光源组件41的一侧面设有与所述红外探测器451进行电连接的引脚452。
上述的气体检测装置，利用MEMS红外光源组件41对气室进行对称分隔，并在MEMS红外光源组件41两侧面分别设置两个窄带滤光片45和两个红外探测器451，从而形成一种基于NDIR（non-dispersive infrared，非散射红外）原理的双组分气体检测装置。也即第一气室31及第二气室32可分别对双组分混合气体中的单一组分进行检测。
本发明实施例还公开了另一种检测装置，该检测装置用于气体检测，如图5所示，其中，所述检测装置包括气室及如上述实施例所述的基于压电薄膜调制的MEMS红外光源组件41；所述MEMS红外光源组件41设置于所述气室的中段，所述气室包括以所述MEMS红外光源组件41为起点向外呈辐条状延伸形成的多个子气室301；所述MEMS红外光源组件41左右两侧的子气室301对称设置，所述子气室301的数量大于2个；各所述子气室301靠近所述MEMS红外光源组件41一端的侧壁上均设有进气口42，各所述子气室301远离所述MEMS红外光源组件41一端的侧壁上均设有出气口43；各所述子气室301的末端均设有对末端进行封闭的控制板44；所述控制板44朝向所述MEMS红外光源组件41的一侧面设有窄带滤光片45；各所述窄带滤光片45与对应的控制板44之间设有红外探测器451；所述控制板44远离所述MEMS红外光源组件41的一侧面设有与所述红外探测器451进行电连接的引脚452。
上述的气体检测装置，利用MEMS红外光源组件对气室进行对称分隔，并设置以MEMS红外光源组件为起点向外呈辐条状延伸形成的多个子气室，在MEMS红外光源组件两侧面分别设置窄带滤光片和红外探测器，从而形成一种基于NDIR（non-dispersiveinfrared，非散射红外）原理的多组分气体检测装置。也即每一子气室可分别对多组分气体中的单一组分进行检测，多个子气室组合即可对多组分混合气体进行检测。
本发明所公开的一种基于压电薄膜调制的MEMS红外光源组件及检测装置，该红外光源组件包括硅衬底、支撑层、第一金属层、压电材料层、第二金属层、隔离层、发热材料层、绝缘层、红外辐射材料层、压电电极及发热电极；硅衬底中央设有衬底通孔，支撑层覆盖设置于硅衬底的上层，支撑层中一侧边向衬底通孔进行凸出延伸形成凸出支撑部。上述MEMS红外光源组件，采用压电材料层的逆压电效应来产生薄膜高频振动，达到光源高调制效果；压电材料层在电压驱动下振动、发热材料层持续通电，能够大幅度地提升MEMS光源的稳定性；同时，采用凸出支撑部及其上层覆盖设置的材料层形成独臂梁式薄膜结构，使得该结构在压电材料层的作用下振动幅度更大，大幅提高了MEMS红外光源的调制深度。另外，利用该红外光源的Dual结构设计，提出了一种基于NDIR原理的双组分及多组分混合气体的检测装置。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种基于压电薄膜调制的MEMS红外光源组件，其特征在于，包括硅衬底、支撑层、第一金属层、压电材料层、第二金属层、隔离层、发热材料层、绝缘层、红外辐射材料层、压电电极及发热电极；
所述硅衬底中央设有衬底通孔，支撑层覆盖设置于所述硅衬底的上层，所述支撑层中一侧边向所述衬底通孔进行凸出延伸形成凸出支撑部；
所述第一金属层为T形结构，所述第一金属层覆盖于所述支撑层延伸所述凸出支撑部的一侧边及所述凸出支撑部上；
所述第一金属层上依次覆盖设置所述压电材料层、所述第二金属层、所述隔离层、所述发热材料层、所述绝缘层及所述红外辐射材料层；
所述第一金属层、所述压电材料层、所述第二金属层及所述隔离层对所述凸出支撑部的覆盖宽度均与所述凸出支撑部的宽度相等，所述发热材料层、所述绝缘层及所述红外辐射材料层对所述凸出支撑部的覆盖宽度不大于所述凸出支撑部的宽度；
两个第一开孔及两个第二开孔设置于与所述支撑层延伸所述凸出支撑部的一侧边对应的位置；所述第一开孔由所述发热材料层、所述绝缘层及所述红外辐射材料层依次贯穿形成；所述第二开孔由所述第一金属层、所述压电材料层、所述第二金属层、所述隔离层、所述发热材料层、所述绝缘层及所述红外辐射材料层依次贯穿形成；
两个所述第一开孔内分别设置一个所述发热电极，两个所述发热电极分别与所述发热材料层的两侧进行电连接；两个所述第二开孔内分别设置一个所述压电电极，两个所述压电电极分别与所述第一金属层及所述第二金属层进行电连接；
一个所述凸出支撑部及其上层对应设置的所述第一金属层、所述压电材料层、所述第二金属层、所述隔离层、所述发热材料层、所述绝缘层、所述红外辐射材料层、所述压电电极及所述发热电极组合为一个光源单元，所述硅衬底上对应设置一个或多个所述光源单元；
所述硅衬底上设置有多个所述光源单元，所述光源单元呈矩阵式排列以组合为光源阵列结构；所述光源阵列结构内包含的光源单元的数量为n×m，n为光源单元的列数，n为1或2，m为同一列光源单元的并排设置数量，m为不小于1的整数。
2.根据权利要求1所述的基于压电薄膜调制的MEMS红外光源组件，其特征在于，所述凸出支撑部的下端面还设有附属红外辐射材料层。
3.根据权利要求2所述的基于压电薄膜调制的MEMS红外光源组件，其特征在于，所述凸出支撑部的下端面还依次设有附属发热材料层、附属绝缘层及附属红外辐射材料层。
4.根据权利要求1-3任一项所述的基于压电薄膜调制的MEMS红外光源组件，其特征在于，所述硅衬底为单晶硅或SOI硅片；
所述支撑层为单层低应力SiO2层、Si3N4层或富硅SiNx材料层，或者是，所述支撑层为由SiO2层、Si3N4层或富硅SiNx材料层组合形成的复合型支撑膜层；
所述隔离层为单层低应力SiO2层、Si3N4层或富硅SiNx材料层，或者是，所述隔离层为由SiO2层、Si3N4层或富硅SiNx材料层组合形成的复合型隔离膜层；
所述绝缘层为单层低应力SiO2层、Si3N4层或富硅SiNx材料层，或者是，所述绝缘层为由SiO2层、Si3N4层或富硅SiNx材料层组合形成的复合型绝缘膜层。
5.根据权利要求1-3任一项所述的基于压电薄膜调制的MEMS红外光源组件，其特征在于，所述第一金属层及所述第二金属层均为Pt、Au、Cu、Mo、Ti中的一种材料形成的金属层或多种金属材料组合形成的金属层。
6.根据权利要求1-3任一项所述的基于压电薄膜调制的MEMS红外光源组件，其特征在于，所述发热材料层为Pt、多晶硅、W、Mo、Ni、TiN、SiC中的一种材料形成的材料层。
7.根据权利要求1-3任一项所述的基于压电薄膜调制的MEMS红外光源组件，其特征在于，所述红外辐射材料层为非晶碳层、纳米黑硅层、SiC薄膜层或Ni3+和Cr3+掺杂Fe2O3及Mn2O3的材料层。
8.一种检测装置，其特征在于，所述检测装置用于气体检测，所述检测装置包括长条状的气室及如权利要求1-7任一项所述的基于压电薄膜调制的MEMS红外光源组件；
所述MEMS红外光源组件设置于所述气室的中段以对所述气室进行分隔形成第一气室及第二气室；
所述第一气室及所述第二气室靠近所述MEMS红外光源组件一端的侧壁上均设有进气口，所述第一气室及所述第二气室远离所述MEMS红外光源组件一端的侧壁上均设有出气口；
所述第一气室的末端及所述第二气室的末端均设有对末端进行封闭的控制板；所述控制板朝向所述MEMS红外光源组件的一侧面设有窄带滤光片；所述窄带滤光片与对应的控制板之间设有红外探测器；所述控制板远离所述MEMS红外光源组件的一侧面设有与所述红外探测器进行电连接的引脚。
9.一种检测装置，其特征在于，所述检测装置用于气体检测，所述检测装置包括气室及如权利要求1-7任一项所述的基于压电薄膜调制的MEMS红外光源组件；
所述MEMS红外光源组件设置于所述气室的中段，所述气室包括以所述MEMS红外光源组件为起点向外呈辐条状延伸形成的多个子气室；所述MEMS红外光源组件左右两侧的子气室对称设置，所述子气室的数量大于2个；
各所述子气室靠近所述MEMS红外光源组件一端的侧壁上均设有进气口，各所述子气室远离所述MEMS红外光源组件一端的侧壁上均设有出气口；
各所述子气室的末端均设有对末端进行封闭的控制板；所述控制板朝向所述MEMS红外光源组件的一侧面设有窄带滤光片；各所述窄带滤光片与对应的控制板之间设有红外探测器；所述控制板远离所述MEMS红外光源组件的一侧面设有与所述红外探测器进行电连接的引脚。
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