[发明专利]一种红外光发射与分光集成芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及芯片及其制备方法的领域。

背景技术

随着红外光谱分析技术的发展，红外光谱分析技术已经被应用在越来越多的领域里面，分析仪器的微型化和低功耗化已经成为目前对于光谱仪器研制的发展趋势。传统光谱仪器由于在结构设计和对零部件的使用上存在着许多无法克服的缺点，很难对仪器的整体尺寸进一步缩小和提高精度。传统的闪耀光栅制备方法主要采用机械刻划技术，真空镀膜复制法，全息法制作，制作成本高，难度大，同时，传统分析仪器中使用红外灯泡和机械斩波器的组合使光谱仪器的很难实现微型化。

发明内容

本发明是要解决现有的分析仪器由于红外灯泡加上机械斩波器的光源调制模式很难实现仪器的微型化、现有的闪耀光栅制备方法存在成本高和难度大的问题，而提供了一种红外光发射与分光集成芯片及其制备方法。

一种红外光发射与分光集成芯片，由芯片内芯、封装外壳、反射镜和电极绝缘子端口组成；所述的芯片内芯由硅基片、二氧化硅层、闪耀光栅、光源电极、测温电阻、光隔离梁和隔离槽组成；所述的二氧化硅层由二氧化硅层Ⅰ和二氧化硅层Ⅱ组成；所述的二氧化硅层Ⅰ设置在硅基片的上表面上，光隔离梁设置在硅基片的上表面的中间，并将二氧化硅层Ⅰ的上表面分隔成二氧化硅层上表面Ⅲ和二氧化硅层上表面Ⅳ；所述的二氧化硅层Ⅱ设置在硅基片的下表面上；所述的光源电极和测温电阻设置在二氧化硅层上表面Ⅲ；所述的闪耀光栅设置在二氧化硅层上表面Ⅳ，并在二氧化硅层Ⅰ和硅基片中形成光栅图案凹槽；所述的隔离槽设置在二氧化硅层Ⅱ上，与测温电阻相对应，并在二氧化硅层Ⅱ和硅基片中形成隔离凹槽；所述的封装外壳上设置有凹槽，用于镶嵌芯片内芯；反射镜设置在封装外壳上，定位于二氧化硅层上表面Ⅲ上方；电极绝缘子端口定位于封装外壳上，与电极端部相对应。

工作原理：采用间断脉冲通电的方式对芯片内芯的光源电极进行加热，当光源电极达到足够高的温度时，即可发出脉冲形式的电调制红外光；电调制红外光通过封装外壳上固定的反射镜反射到芯片内芯的闪耀光栅上，得到一系列按波长大小顺序排列的红外单色光；其中，由于光源电极的加热的向时，测温电阻的阻值发生变化，通过对测温电阻阻值的测量，可以得到电调制红外光的辐射强度。

一种红外光发射与分光集成芯片的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

一、准备清洁的硅基片；

二、氧化经步骤一准备的硅基片的上表面和下表面，在硅基片的上表面得到二氧化硅层Ⅰ，在硅基片的下表面得到二氧化硅层Ⅱ；其中，所述的二氧化硅层Ⅰ厚度为0.2μm~0.4μm，所述的二氧化硅层Ⅱ厚度为0.2μm~0.4μm；

三、采用光刻剥离工艺和磁控溅射方法在经步骤二处理的硅基片的上表面上制备光源电极、测温电阻、光隔离梁和光栅图案；其中，所述的光源电极的冷却电阻值为50Ω~100Ω，光源电极加热后的最大电阻值为200Ω~400Ω；

四、采用湿法刻蚀的方法与磁控溅射方法在经步骤三处理的硅基片的光栅图形上制备闪耀光栅；

五、采用光刻工艺和刻蚀的方法在经步骤四处理的硅基片的下表面上与测温电阻相对应的位置上制备隔离槽，即完成了芯片内芯的制备；

六、准备光滑不锈钢基片，采用真空蒸镀的方法在光滑不锈钢基片的下表面上镀金膜，得到反射镜；

七、采用封装外壳封装步骤五得到的芯片内芯，将步骤六得到的反射镜粘合到封装外壳上，即完成了红外光发射与分光集成芯片的制备。

本发明的优点：一、本发明的一种红外光发射与分光集成芯片，采用硅基底材料制作红外光源和闪耀光栅集成一体式微结构，易于阵列化，功耗低，使得能够实现仪器的微型化；

二、本发明的一种红外光发射与分光集成芯片的制备方法，相对于现有技术的制备方法，技术制作成本低，难度低，易于规模化生产。

附图说明

图1为本发明的一种红外光发射与分光集成芯片的俯视图。

图2为图1的A-A剖面图。

图3为本发明的一种红外光发射与分光集成芯片的仰视图。

具体实施方式