[发明专利]一种超低功耗中低温实心微热平台及其制作方法

说明书

本发明公开了一种超低功耗中低温实心微热平台，包括：衬底；绝热层，所述绝热层设置在所述衬底上；加热结构，所述加热结构设置在所述绝热层上，通过所述绝热层实现与所述衬底的热隔离和电绝缘；以及导热层，所述导热层设置成覆盖所述加热结构，通过所述导热层实现快速热传导、电绝缘和温度均匀化。

技术领域

本发明涉及微细加工及微机电系统(MEMS)技术领域，尤其是涉及一种超低功耗中低温实心微热平台及其制作方法。

背景技术

随着对传感器小型化、低功耗需求的增长，将敏感材料与微热平台集成在一起的微热平台式气体传感器越来越受关注。最常用的气敏材料为一些半导体金属氧化物，这类传感器的工作温度高达200℃至450℃，所以通常需要微热平台结构实现热隔离，降低功耗。

现有的微热平台结构包括连续膜和悬空膜两种，分别是由背面刻蚀和正面刻蚀加工而成，其中，悬空膜因能显著降低功耗而获得广泛研究，但是悬空微热平台工艺复杂，成品率不高，结构强度及稳定性较差；目前的微热平台绝缘层通常使用氧化硅、氮化硅等无机绝缘材料，但是沉积氧化硅、氮化硅的成本较高，工艺周期较长。

针对现有的微热平台结构存在的制作工艺复杂、成本高昂、结构强度不高、稳定性较差等问题，本发明提出一种新型的超低功耗中低温实心微热平台及其制作方法至少部分的克服了上述问题。

发明内容

针对现有的微热平台结构存在的制作工艺复杂、成本高昂、结构强度不高、稳定性较差等问题，根据本发明的一个方面，提供一种超低功耗中低温实心微热平台，包括：

衬底；

绝热层，所述绝热层设置在所述衬底上；

加热结构，所述加热结构设置在所述绝热层上，并通过所述绝热层实现与所述衬底的热隔离和电绝缘；以及

导热层，所述导热层设置成覆盖所述加热结构，通过所述导热层实现快速热传导、电绝缘和温度均匀化。导热层还可以通过图形化加工进一步减少散热，促进应力释放。

在本发明的一个实施例中，所述衬底材料为低热导率材料，如玻璃、陶瓷、有机基板。硅等热导率较高的材料也可以作为衬底，但是会造成功耗的增加，需要通过更厚的绝热层来平衡。

在本发明的一个实施例中，所述绝热层设置在所述加热结构的底部和侧方。

在本发明的一个实施例中，所述绝热层的材料是可以通过原位合成微加工制作的一切低热导率电绝缘材料，如有机胶体掺杂低热导率无机纳米颗粒或晶须。

在本发明的一个实施例中，所述绝热层的材料为掺杂2wt％至10wt％纳米二氧化硅的聚酰亚胺，厚度为30微米至100微米。

在本发明的一个实施例中，所述加热结构为加热丝或加热薄膜。

在本发明的一个实施例中，所述加热结构为线宽5-15微米、厚度100-300纳米的铂加热丝。

在本发明的一个实施例中，所述导热层的材料是可以通过原位合成微加工制作的一切高热导率电绝缘材料，如有机胶体掺杂高热导率无机纳米颗粒或晶须。

在本发明的一个实施例中，所述导热层的材料为掺杂2wt％至10wt％纳米碳化硅晶须的聚酰亚胺，厚度为4微米至10微米。

根据本发明的另一个实施例，提供一种超低功耗中低温实心微热平台的制造方法，包括：

提供衬底；

在所述衬底上形成绝热层；

在所述绝热层上形成加热结构；以及

形成覆盖所述加热结构的导热层。

在本发明的另一个实施例中，该方法还包括形成加热结构的电极对露头。