本發(fā)明涉及傳感器，尤其涉及具有雙面結(jié)構(gòu)的mems紅外光源、制備方法及封裝器件。

背景技術(shù)：

1、近年來，紅外技術(shù)被廣泛應(yīng)用于氣體檢測、工業(yè)過程監(jiān)測和醫(yī)療診斷等領(lǐng)域。在紅外檢測技術(shù)領(lǐng)域中，核心組件紅外光源性能十分重要，一般地，紅外輻射功率越大，其檢測精度越高。傳統(tǒng)的鎢燈、sic陶瓷棒和金屬箔（絲）紅外光源由于存在效率低、體積大和低調(diào)制等弊端，已逐步被mems（micro-electro-mechanical?system，微機(jī)電系統(tǒng)）紅外光源所代替。一般地，mems紅外光源由硅襯底單端面的半導(dǎo)體薄膜支撐層和金屬薄膜發(fā)熱層構(gòu)成，其輻射功率較小，限制其廣泛應(yīng)用。

2、核心組件mems紅外光源具有體積小易集成、調(diào)制高、成本低等優(yōu)勢被大量研究和開發(fā)制備。目前大多數(shù)mems紅外光源由于其薄膜結(jié)構(gòu)限制，其輻射功率低，難以滿足一些高精度檢測應(yīng)用場景，因此開發(fā)新型結(jié)構(gòu)mems紅外光源，提高輻射強(qiáng)度尤為必要。

3、一般地，mems紅外光源是通過在硅基襯底表面加工支撐層和加熱電極薄膜，加熱電極通電產(chǎn)生焦耳熱，進(jìn)而發(fā)射紅外輻射能量。在mems紅外光源工作過程中，膜面最高溫度通常在400~650℃左右，過高的溫度雖然能增大輻射功率，但高溫環(huán)境易造成加熱電極破裂失效，光源器件壽命大大縮短。另外，mems紅外光源的空腔尺寸和發(fā)熱面積都比較小，使得出射總輻射功率十分有限。雖然可以通過設(shè)置陣列式結(jié)構(gòu)，但造成了檢測設(shè)備的成本大幅增加，結(jié)構(gòu)體積增大，不利于微納器件集成化，小型化。

4、相近方案：cn220604613u公布了一種疊層結(jié)構(gòu)的紅外光源，該疊層結(jié)構(gòu)的紅外光源包括多個(gè)紅外發(fā)光組件，疊層設(shè)置，采用石墨烯作為發(fā)光層，通過組件疊層設(shè)置增加了單位面積的紅外光功率密度。cn111115565a發(fā)明了一種背發(fā)射式紅外光源，在單晶硅片的一面設(shè)置支撐層后，在另一面進(jìn)行mems工藝刻蝕，形成邊緣為硅基且中間區(qū)域刻穿的掏空結(jié)構(gòu)，同時(shí)在支撐層依次設(shè)置紅外熱輻射體、隔離層和反射層，得到背發(fā)射式的紅外光源，提高了紅外發(fā)射效率。cn105004694a提供了一種基于mems技術(shù)的陣列式紅外光源器件及其制備方法，紅外光源器件包括紅外發(fā)光部分和聚光罩部分，金屬加熱區(qū)和高輻射率材料共同形成若干個(gè)紅外輻射源，有效解決封裝成本高、器件體積大問題。

5、以上改進(jìn)優(yōu)化均存在一定的局限性，例如石墨烯發(fā)光層容易氧化分解失效，同時(shí)光源器件的加工無法通過標(biāo)準(zhǔn)的mems工藝實(shí)現(xiàn)，難以大面積、低成本推廣使用。背發(fā)射式mems紅外光源基于單面出射輻射，對于輻射功率的提升改善十分有限。設(shè)置陣列式結(jié)構(gòu)會帶來成本和體積的增大，會極大程度上限制其廣泛應(yīng)用。因此，現(xiàn)有技術(shù)方法難以解決mems紅外光源存在輻射功率較小的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實(shí)施例提供了一種具有雙面結(jié)構(gòu)的mems紅外光源、制備方法及封裝器件，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)方法中的mems紅外光源存在輻射功率較小的問題。

2、第一方面，本申請實(shí)施例提供了一種具有雙面結(jié)構(gòu)的mems紅外光源，其中，該紅外光源包括硅襯底、支撐層、加熱電極、隔離層、平面電極、紅外輻射材料層；

3、所述硅襯底中設(shè)有上下貫通的襯底空腔，所述支撐層覆蓋設(shè)置于所述硅襯底的上端面及下端面，所述隔離層覆蓋設(shè)置于所述支撐層的外側(cè)面；

4、位于所述襯底空腔兩端的支撐層及隔離層懸浮分別形成兩個(gè)懸浮島；所述懸浮島的外側(cè)壁向外延伸形成與所述襯底空腔的側(cè)壁相連接的懸臂梁；位于所述襯底空腔外側(cè)的支撐層及隔離層懸浮形成外圍框；所述懸浮島的外側(cè)面均設(shè)有紅外輻射材料層；

5、所述懸浮島中的所述隔離層內(nèi)嵌設(shè)置有加熱電極，所述加熱電極緊貼所述支撐層進(jìn)行設(shè)置；所述加熱電極貫穿所述懸臂梁并延伸至所述外圍框；所述外圍框的兩側(cè)設(shè)置有與所述外圍框內(nèi)的加熱電極進(jìn)行電連接的兩個(gè)平面電極。

6、第二方面，本申請實(shí)施例還提供了一種具有雙面結(jié)構(gòu)的mems紅外光源的制造方法，所述制造方法用于制造如上述第一方面所述的具有雙面結(jié)構(gòu)的mems紅外光源，其中，所述制造方法包括：

7、使用清洗溶液對硅襯底進(jìn)行清洗，之后在硅襯底的上下表層分別進(jìn)行鍍膜以沉積支撐層；

8、采用金屬磁控濺射及剝離加工工藝在所述硅襯底上下側(cè)的支撐層上分別加工加熱電極，并進(jìn)行退火熱處理；

9、采用cvd鍍膜工藝在所述硅襯底上下側(cè)的加熱電極上加工得到隔離層；

10、采用等離子體干法刻蝕或濕法刻蝕對硅襯底上下側(cè)的隔離層進(jìn)行刻蝕開孔，并鍍膜加工得到平面電極；

11、在硅襯底上下兩側(cè)形成的懸浮島區(qū)域分別進(jìn)行紅外輻射材料層加工；

12、在硅襯底的上下兩側(cè)的懸浮島周邊區(qū)域刻蝕形成窗口；

13、通過刻蝕窗口對硅襯底的中央?yún)^(qū)域進(jìn)行濕法各向異性刻蝕，形成襯底空腔。

14、第三方面，本申請實(shí)施例還提供了一種封裝器件，其中，該封裝器件包括如上述第一方面所述的具有雙面結(jié)構(gòu)的mems紅外光源，所述封裝器件還包括底座、鍍金墊塊、金屬線；

15、所述紅外光源中各頂角的下側(cè)均設(shè)有所述鍍金墊塊，所述鍍金墊塊均裝配于所述底座的上端面上，所述硅襯底上端面的各平面電極分別與至少一根所述金屬線進(jìn)行電連接，各所述鍍金墊塊分別與至少一根所述金屬線進(jìn)行電連接。

16、本發(fā)明實(shí)施例提供了一種具有雙面結(jié)構(gòu)的mems紅外光源、制備方法及封裝器件，該紅外光源包括硅襯底、支撐層、加熱電極、隔離層、平面電極、紅外輻射材料層；硅襯底中設(shè)有上下貫通的襯底空腔，支撐層覆蓋設(shè)置于硅襯底的上端面及下端面，隔離層覆蓋設(shè)置于支撐層的外側(cè)面；位于襯底空腔兩端的支撐層及隔離層懸浮分別形成兩個(gè)懸浮島；懸浮島的外側(cè)壁向外延伸形成與所述襯底空腔的側(cè)壁相連接的懸臂梁；懸浮島的外側(cè)面均設(shè)有紅外輻射材料層；懸浮島中的隔離層內(nèi)嵌設(shè)置有加熱電極，加熱電極緊貼支撐層進(jìn)行設(shè)置。上述紅外光源以硅襯底中部水平面進(jìn)行對稱設(shè)置，在襯底空腔的兩端分別設(shè)置兩個(gè)懸浮島并在懸浮島的外側(cè)面設(shè)置紅外輻射材料層，通過雙面結(jié)構(gòu)提升光源輻射強(qiáng)度，增強(qiáng)紅外光源的集成化程度、減小器件體積。

技術(shù)特征：

1.一種具有雙面結(jié)構(gòu)的mems紅外光源，其特征在于，所述紅外光源包括硅襯底、支撐層、加熱電極、隔離層、平面電極、紅外輻射材料層；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙面結(jié)構(gòu)的mems紅外光源，其特征在于，所述懸浮島為圓形、矩形或三角形的懸浮島；所述懸臂梁數(shù)量為一根或多根；所述襯底空腔兩端的尺寸大于所述襯底空腔中段的尺寸，所述襯底空腔呈上下對稱的倒梯形體結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有雙面結(jié)構(gòu)的mems紅外光源，其特征在于，所述懸浮島中均內(nèi)嵌設(shè)置加熱電極。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的具有雙面結(jié)構(gòu)的mems紅外光源，其特征在于，所述硅襯底為單晶硅襯底或絕緣體上硅片襯底。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的具有雙面結(jié)構(gòu)的mems紅外光源，其特征在于，所述支撐層為單層sio2、單層si3n4或單層sinx，或者是所述支撐層為sio2、si3n4及sinx中的至少兩層組合成的復(fù)合膜層；

6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的具有雙面結(jié)構(gòu)的mems紅外光源，其特征在于，所述加熱電極為pt、au、w、al、tin、鎳鉻合金、mosi2中的一種或多種所組成的金屬復(fù)合膜層，或者是所述加熱電極為摻雜的多晶硅薄膜。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的具有雙面結(jié)構(gòu)的mems紅外光源，其特征在于，所述平面電極為pt金屬膜層、au金屬膜層或al金屬膜層。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的具有雙面結(jié)構(gòu)的mems紅外光源，其特征在于，所述紅外輻射材料層為納米鉑黑、納米黑硅、碳納米管、石墨烯、摻雜金屬元素的非晶碳膜中的一種，或au/al2o3/au超表面材料，或znnip化學(xué)鍍層。

9.一種具有雙面結(jié)構(gòu)的mems紅外光源的制造方法，所述制造方法用于制造如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的具有雙面結(jié)構(gòu)的mems紅外光源，其特征在于，所述制造方法包括：

10.一種封裝器件，其特征在于，所述封裝器件包括如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的具有雙面結(jié)構(gòu)的mems紅外光源，所述封裝器件還包括底座、鍍金墊塊、金屬線；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了具有雙面結(jié)構(gòu)的MEMS紅外光源、制備方法及封裝器件，該紅外光源包括硅襯底、支撐層、加熱電極、隔離層、平面電極、紅外輻射材料層；硅襯底中設(shè)有上下貫通的襯底空腔，支撐層覆蓋設(shè)置于硅襯底的上端面及下端面，隔離層覆蓋設(shè)置于支撐層的外側(cè)面；位于襯底空腔兩端的支撐層及隔離層懸浮分別形成兩個(gè)懸浮島；懸浮島的外側(cè)壁向外延伸形成與所述襯底空腔的側(cè)壁相連接的懸臂梁；懸浮島的外側(cè)面均設(shè)有紅外輻射材料層；懸浮島中的隔離層內(nèi)嵌設(shè)置有加熱電極，加熱電極緊貼支撐層進(jìn)行設(shè)置。上述紅外光源在襯底空腔的兩端對稱設(shè)置兩個(gè)具有紅外輻射材料層的懸浮島，通過雙面結(jié)構(gòu)提升光源輻射強(qiáng)度，增強(qiáng)紅外光源的集成化程度、減小器件體積。

技術(shù)研發(fā)人員：鄧敏,武斌
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深圳市美思先端電子有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23