[實用新型]一種能效與壽命均衡型MEMS紅外光源的襯底結(jié)構(gòu)

有效

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• 申請日: 2022-11-18
• 公開（公告）號: CN218665411U
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發(fā)明（設計）人: 劉軍林;呂全江;侯海港;劉桂武;喬冠軍;郝俊操;夏松敏;陳杰
• 申請（專利權(quán)）人: 微集電科技（蘇州）有限公司
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02
• 代理公司: 合肥市澤信專利代理事務所(普通合伙) 34144
• 代理人: 潘飛

本實用新型涉及紅外光源領域，特別是涉及一種能效與壽命均衡型MEMS紅外光源的襯底結(jié)構(gòu)。該襯底結(jié)構(gòu)為MEMS光源的底部支撐結(jié)構(gòu)，襯底結(jié)構(gòu)包括襯底和支撐層；襯底的中央包含一個上下貫穿型的通孔；支撐層位于襯底上方并與襯底形成四邊固支結(jié)構(gòu)，進而使得襯底下方產(chǎn)生一個空腔。在支撐層中，位于空腔上方的部分區(qū)域形成懸浮區(qū)，懸浮區(qū)周圍的區(qū)域為與襯底直接接觸的承托區(qū)；發(fā)光結(jié)構(gòu)中的紅外發(fā)射層位于正對支撐層中懸浮區(qū)的位置。其中，支撐層采用由不同金屬層和介質(zhì)層按照預設數(shù)量和順序交替排列構(gòu)成復合結(jié)構(gòu)；在支撐層中，與發(fā)熱電極層相鄰的結(jié)構(gòu)層為介質(zhì)層。本實用新型可以使得MEMS紅外光源在光電轉(zhuǎn)換效率、產(chǎn)品使用壽命和制造成本等方面實現(xiàn)平衡。

技術(shù)領域

本實用新型涉及紅外光源領域，特別是涉及一種能效與壽命均衡型MEMS紅外光源的襯底結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

紅外光源是一種用于產(chǎn)生紅外輻射的光源，主要有紅外發(fā)光二極管、量子級聯(lián)紅外激光器和熱輻射紅外光源。利用微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)制作的MEMS紅外光源是一種新型的熱輻射紅外光源，具有電光轉(zhuǎn)換效率高、體積小、能耗低等特點，同時光譜很容易覆蓋2-20微米范圍，還具有較快的調(diào)制頻率，已經(jīng)被廣泛應用于紅外傳感領域，成為紅外光源的趨勢性技術(shù)。

常規(guī)結(jié)構(gòu)的MEMS紅外光源一般包括襯底，在襯底上設有發(fā)熱電極層以及紅外發(fā)射層等。通過給發(fā)熱電極層通電產(chǎn)生焦耳熱，使發(fā)熱電極層升溫至預設的工作溫度(通常在600-700℃)，發(fā)熱電極層及其上的紅外發(fā)射層在工作溫度條件下會產(chǎn)生特定發(fā)射波長和輻射量的紅外輻射。

襯底在MEMS紅外光源發(fā)光過程中會與發(fā)熱電極層之間發(fā)生熱傳遞，進而提高MEMS紅外光源的功耗，降低MEMS紅外光源的電光轉(zhuǎn)換效率。為了提高MEMS紅外光源的電光轉(zhuǎn)換效率，降低光源的體積和能耗，提升光源的調(diào)制頻率；現(xiàn)有技術(shù)還會將發(fā)熱電極層下方的襯底掏空，進而使得襯底上方的各層形成“懸膜結(jié)構(gòu)”，通常情況下懸膜的厚度在1-3微米范圍。由于懸膜結(jié)構(gòu)無法通過常規(guī)的工藝進行生產(chǎn)，為了達到相似的技術(shù)效果，技術(shù)人員通常會在襯底上方設置支撐層，然后將其它功能層設置在支撐層上。

支撐層在MEMS紅外光源中主要作為對懸膜形成承載作用的結(jié)構(gòu)層，通常由介質(zhì)材料SiO₂單層、SiN單層或者二者的疊層組成，厚度為0.5-1.5微米。這種支撐層在MEMS芯片制造、切割、封裝以及使用過程中很容易受到機械沖擊、電應力沖擊、熱沖擊而破膜，嚴重影響MEMS紅外光源的制造良率和可靠性。此外，支撐層在使用過程中需要與發(fā)熱電極層直接接觸，因此需要具有較高的耐高溫和抗熱震性性能。然而現(xiàn)有介質(zhì)材料組成的支撐層大多脆性大、機械強度低、容易與上方的發(fā)熱電極層發(fā)生熱失配。這些都成為制約MEMS紅外光源的光電性能和使用壽命提升的重要因素。

綜上所述，襯底中的懸膜結(jié)構(gòu)中，鏤空部分越大則越能夠提升抑制器件運行時的熱耗的效果，進而提高器件的光電效率。但是，當鏤部分過大時又可能導致器件的結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性不足，使得器件生產(chǎn)良率和壽命降低。

實用新型內(nèi)容

基于此，針對現(xiàn)有技術(shù)中MEMS紅外光源在光電轉(zhuǎn)換效率、產(chǎn)品使用壽命和制造成本等方面無法實現(xiàn)平衡的問題；本實用新型提供一種能效與壽命均衡型MEMS紅外光源的襯底結(jié)構(gòu)。

一種能效與壽命均衡型MEMS紅外光源的襯底結(jié)構(gòu)，該襯底結(jié)構(gòu)為MEMS光源的底部支撐結(jié)構(gòu)，其上負載有MEMS紅外光源的發(fā)光結(jié)構(gòu)；發(fā)光結(jié)構(gòu)在通電條件下產(chǎn)生紅外輻射。襯底結(jié)構(gòu)包括襯底和支撐層；襯底的中央包含一個上下貫穿型的通孔；支撐層位于襯底上方并覆蓋通孔。支撐層與襯底形成四邊固支結(jié)構(gòu)，進而使得襯底下方產(chǎn)生一個空腔。在支撐層中，位于空腔上方的部分區(qū)域形成懸浮區(qū)，懸浮區(qū)周圍的區(qū)域為與襯底直接接觸的承托區(qū)；發(fā)光結(jié)構(gòu)中的紅外發(fā)射層位于正對支撐層中懸浮區(qū)的位置。

其中，支撐層采用由不同金屬層和介質(zhì)層按照預設數(shù)量和順序交替排列構(gòu)成復合結(jié)構(gòu)；在支撐層中，與發(fā)熱電極層相鄰的結(jié)構(gòu)層為介質(zhì)層。