[發明專利]一種MEMS紅外光源及其制作方法

有效

• 申請號: 201611265716.X
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106629577B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 明安杰;劉衛兵;孫西龍;毛海央;陳大鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;B81C1/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王寶筠

本發明公開一種MEMS紅外光源及其制作方法，其中，MEMS紅外光源包括襯底、支撐層、金屬電極、熱偶條結構層、加熱電阻層、隔離保護層和輻射層，所述熱偶條結構層形成在紅外光源內部芯片，形成耦合熱電堆形成溫度傳感器，采用熱電堆耦合的溫度傳感器實時監測紅外光源的輻射溫度變化，由于熱電堆耦合的溫度傳感器制作工藝成熟，測量精度高，溫度測量范圍大，具有高靈敏度和穩定性的優勢，可有效提高NDIR系統的探測精度和分辨率，在NDIR氣體傳感領域有應用前景。由于MEMS紅外光源的各個結構均可以采用CMOS或MEMS工藝制作，從而便于與MEMS紅外光源內部芯片的制作工藝兼容，減小了MEMS紅外光源的制作工藝難度。

技術領域

本發明涉及紅外光源技術領域，尤其涉及一種MEMS(Micro Electro MechanicalSystems，微機電系統)紅外光源及其制作方法。

背景技術

紅外技術在國防、信息技術與通訊、污染監測、溫度調控、醫學等領域得到廣泛應用。作為紅外技術應用的重要部件，紅外光源的研究得到越來越多的關注。紅外光源的一個重要應用是紅外氣體傳感器。

目前，MEMS紅外光源廣泛應用于NDIR(non-dispersive infra-red，非色散紅外)系統中，通過加熱電阻產生焦耳熱對黑體輻射層進行加熱，使黑體輻射層發射出熱輻射紅外光，紅外光經過待測氣體時被吸收發生衰減，通過對比衰減前后的光強計算出待測氣體的濃度。

由于黑體輻射產生的紅外光譜取決于輻射溫度，因此紅外光源的溫度變化對NDIR系統中傳感器的測量結果有顯著影響。目前NDIR系統普遍在遠離光源的探測器端放置溫度傳感器，當光源溫度發生變化時，探測器端的溫度傳感器將始終存在一個滯后效應，導致溫度傳感器測量結果的基線發生漂移，影響測量的穩定性和精度。

目前的紅外光源器件往往僅有加熱發光功能，如果溫度傳感器僅是安裝在紅外光源器件的附近，所測量的溫度變化會存在反應滯后、非線性等問題，因此，要實現對紅外光源發光狀態的實時監控，需要在紅外光源最核心的芯片上集成溫度傳感器。

但現有技術中的紅外光源將溫度傳感器集成在紅外光源的芯片上時，存在線性度較差，溫度測量范圍較小，精度差，并且受外界環境影響較大的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種MEMS紅外光源及其制作方法，以解決現有技術中紅外光源將溫度傳感器集成在紅外光源的芯片上時，存在線性度較差，溫度測量范圍較小，精度差，并且受外界環境影響較大的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種MEMS紅外光源，包括：

襯底；

位于所述襯底表面的支撐層；

位于所述支撐層背離所述襯底表面的金屬電極、熱偶條結構層和加熱電阻層，所述加熱電阻層位于所述支撐層的中心區域，所述熱偶條結構位于所述加熱電阻層的相對兩側，所述金屬電極位于所述加熱電阻層的另外的相對兩側，且所述金屬電極與所述加熱電阻層歐姆接觸；

位于所述加熱電阻層背離所述支撐層表面的隔離保護層；

位于所述隔離保護層背離所述加熱電阻層表面的輻射層。

優選地，所述襯底包括釋放空腔結構，所述釋放空腔結構為位于所述襯底朝向所述支撐層表面的凹槽結構，所述凹槽結構至少與所述加熱電阻層對應。

優選地，所述熱偶條結構層在所述支撐層上的投影為蛇形結構，所述熱偶條結構層包括第一熱偶條結構和第二熱偶條結構，所述第一熱偶條結構和所述第二熱偶條結構首尾相接，組成蛇形結構熱電堆結構的溫度傳感器。

優選地，所述第一熱偶條結構為半導體材質，所述第二熱偶條結構為金屬材質。