[發明專利]一種MEMS紅外光源及其制備方法

在審

• 申請號: 202111156777.3
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113979402A
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 陶繼方;樹東生
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00;B81B7/02;B81C1/00;H05B3/00
• 代理公司: 青島華慧澤專利代理事務所(普通合伙) 37247
• 代理人: 劉娜

本發明公開了一種MEMS紅外光源及其制備方法，從下到上依次包括襯底、支撐薄膜、加熱層和輻射層，所述加熱層表面通過刻蝕形成加熱電阻結構，所述輻射層位于加熱電阻結構上方，所述襯底上開設上下貫穿所述襯底的空腔，所述空腔的橫截面積大于所述輻射層的面積，所述支撐薄膜位于所述空腔上方邊緣的位置處為波紋膜結構。本發明所公開的MEMS紅外光源利用波紋膜結構將應力轉換為水平方向的位移，從而釋放紅外光源工作時產生的熱應力，避免在輻射層的局部高溫下，支撐薄膜的中心發生很大的縱向位移；進而解決了紅外光源在工作時，熱應力導致的支撐薄膜破裂問題，提高了紅外光源的穩定性，有利于延長紅外光源的使用壽命。

技術領域

本發明涉及光電元器件技術領域，特別涉及一種MEMS紅外光源及其制備方法。

背景技術

MEMS紅外光源是根據熱輻射原理，通過對MEMS薄膜加熱，向外輻射寬譜紅外光。MEMS紅外光源基本組成由襯底，支撐薄膜，加熱層和輻射層組成。襯底用于支撐整個支撐薄膜及加熱層和輻射層。支撐薄膜是加熱層和輻射層的支撐結構。加熱層是用導電金屬組成，通過施加一定電壓，將電轉換成熱能。由于黑體輻射產生的紅外光譜取決于輻射溫度，光源在正常工作時薄膜區域升溫到幾百攝氏度。然后通過熱輻射原理，向外輻射寬譜紅外光。

目前，MEMS紅外光源是通過半導體工藝加工制作的，起始于硅晶圓襯底，然后硅在晶圓上沉積起支撐作用的薄膜結構，然后再通過在薄膜上制作加熱層和輻射層。但是在光源工作的過程中，光源正常的工作溫度為400℃，這樣薄膜由于其自身的熱膨脹，會產生較大的熱應力，薄膜易發生破裂。而且在光源開關過程中，薄膜溫度會不斷地升高和降低，這樣便減小了其機械強度，降低了光源的穩定性。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種MEMS紅外光源及其制備方法，在支撐薄膜的邊緣位置處增加波紋膜結構，以達到釋放光源工作時產生的熱應力，提高紅外光源的穩定性的目的。

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：

一種MEMS紅外光源，從下到上依次包括襯底、支撐薄膜、加熱層和輻射層，所述加熱層表面通過刻蝕形成加熱電阻結構，所述輻射層位于加熱電阻結構上方，所述襯底上開設上下貫穿所述襯底的空腔，所述空腔的橫截面積大于所述輻射層的面積，所述支撐薄膜位于所述空腔上方邊緣的位置處為波紋膜結構。

在一種技術方案中，所述支撐薄膜為單層薄膜，所述單層薄膜為氧化硅薄膜或氮化硅薄膜。

在另一種技術方案中，所述支撐薄膜為雙層薄膜，所述雙層薄膜包括位于下層的氧化硅薄膜和位于上層的氮化硅薄膜。

上述方案中，所述襯底為硅材料，所述加熱層為鉑金屬，所述輻射層為鉑黑、碳納米管或多孔硅。

一種支撐薄膜為單層薄膜的MEMS紅外光源的制備方法，包括如下步驟：

(1)選擇一硅晶圓作為襯底；

(2)在硅晶圓上表面用于形成波紋膜結構的區域進行刻蝕，形成凹槽結構；

(3)在硅晶圓上沉積氧化硅薄膜或氮化硅薄膜；

(4)在氧化硅薄膜或氮化硅薄膜上生長加熱層，并進行金屬剝離形成加熱電阻結構；

(5)在硅晶圓背面進行干法刻蝕或濕法腐蝕形成空腔，并在加熱層的加熱電阻結構上方沉積輻射層。

一種支撐薄膜為單層薄膜的MEMS紅外光源的另一種制備方法，包括如下步驟：

(1)選擇一硅晶圓作為襯底；

(2)在硅晶圓上表面沉積氧化硅薄膜或氮化硅薄膜，并在用于形成波紋膜結構的區域進行刻蝕，形成凹槽結構；

(3)在氧化硅薄膜或氮化硅薄膜上生長加熱層，并進行金屬剝離形成加熱電阻結構；