[发明专利]红外光源及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种红外光源，尤其涉及一种带温度反馈功能的MEMS红外光源及其制作方法。

背景技术

红外光源广泛应用于非色散红外（NDIR）气体传感器模块中，通过加热电极对黑体辐射层进行加热，使其发射出广谱热辐射红外光，经红外滤波片滤光后出射特定波长的红外光，经过待测气体时被吸收发生衰减，根据比尔-朗伯定律：对比衰减前后的光强计算出待测气体的浓度。其中，I为有气体吸收时到达探测器的红外光强，I₀为没有气体吸收时到达探测器的红外光强，C为腔室内的气体浓度，L为腔室长度或红外光光程，μ为气体的吸收系数。

由于黑体辐射产生的红外光谱取决于辐射温度，因此红外光源的温度变化对NDIR传感器的测量结果有显著影响。作为一个热相关器件，红外光源的温度变化主要来源于输入功率波动和外部散热环境变化。其中，功率波动因素常常在NDIR模块中通过电路实现实时监测。外部散热环境变化主要来自于NDIR模块中与红外光源相连的机械结构热传导、环境温度变化、空气流速变化等。目前NDIR模块普遍仅在远离光源的探测器端放置温度传感器，当光源温度发生变化时，探测器端建立相应的热平衡时间较长，如果光源温度持续变化，探测器端的温度传感器将始终存在一个滞后效应，导致传感器测量结果的基线发生漂移,影响探测的稳定性和精度。

目前的红外光源器件往往仅有加热发光功能，例如白炽灯、卤素灯、镍铬合金丝光源、碳硅棒光源、MEMS红外光源等，如果温度传感器仅是安装在光源器件的附近，所测量的温度变化和灯芯的温度变化间会存在反应滞后、非线性等问题，因此，要实现对光源发光状态的实时监控，需要在光源最核心的灯芯上集成温度传感器。

有鉴于此，有必要提供一种改进的红外光源及其制作方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带温度反馈功能的MEMS红外光源及其制作方法。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种红外光源的制作方法，包括如下步骤：S1：提供衬底，并在所述衬底的上表面制作支撑膜；S2：在所述支撑膜的上表面制作温度传感器，所述温度传感器具有用以与外电路通信连接的引线点；S3：在所述温度传感器的上方制作绝缘层；S4：在所述绝缘层的上表面制作加热源，所述加热源具有用以与外电路电性连接的接线点，所述加热源呈蛇形均匀分布于所述绝缘层的上表面；S5：在所述加热源的上方制作黑体薄膜作为辐射层；S6：使所述引线点与所述接线点的部分结构向外暴露以与外电路连接。

作为本发明的进一步改进，所述红外光源的制作方法还包括位于步骤S1之后的步骤S7：在所述衬底的下表面的中间部位向上刻蚀深槽以形成空腔。

作为本发明的进一步改进，S6步骤具体为：在所述引线点上方刻蚀窗口形成引线通道，使所述引线点背离所述衬底的一侧向上暴露。

作为本发明的进一步改进，所述衬底为（100）晶向的单晶硅片，所述支撑膜为采用LPCVD沉积的SiN_x薄膜、热氧化法生长的SiO₂薄膜中的一种或两种的组合。

作为本发明的进一步改进，S2步骤具体为：在所述支撑膜的上表面制作图形化的第一金属薄膜作为温度传感器，所述温度传感器具有分布于两端的两个引线点。

作为本发明的进一步改进，所述第一金属薄膜选用铂电阻或镍铬合金电阻，S2步骤还包括：制作所述第一金属薄膜前，先在所述支撑膜上制作黏附层。

作为本发明的进一步改进，所述绝缘层为在所述温度传感器上方采用PECVD沉积的SiN_x薄膜、SiO₂薄膜中的一种或两种的组合。

作为本发明的进一步改进，S4步骤具体为：在所述绝缘层的上表面制作图形化的第二金属薄膜作为加热源，所述加热源具有两个接线点，且两个所述接线点分别位于所述温度传感器的两侧；所述加热源与所述引线点自上向下在所述衬底上的投影不重叠。

作为本发明的进一步改进，所述第二金属薄膜选用铂电阻或镍铬合金电阻，S4步骤还包括：制作所述第二金属薄膜前，先在所述绝缘层上制作黏附层。

作为本发明的进一步改进，所述黑体薄膜的制作方法具体为：通过气相沉积或电镀的方法在所述加热源上方制作在2μm~5μm波长下平均发射率大于0.8的金黑薄膜、铂黑薄膜、或碳黑薄膜中的一种或多种。