[发明专利]一种微米级硅基微热板精确温控系统

说明书

本发明提供的是一种微米级硅基微热板精确温控系统。其特征是：所述的微米级硅基微热板精确温控系统由硅基底座1、加热电阻2，接触电极3、4、5、6，承重梁7、8、9、10，一字梁11、12，腐蚀窗口13，绝热层14组成。本发明使用多晶硅薄膜作为加热电阻2，多晶硅薄膜相对于金属导体具有较高的电阻值，可以保证在输入0V‑5V的电压下微米级硅基微热板的表面温度控制在0‑80℃的范围内。本发明使用二氧化硅薄膜作为绝热层14，因二氧化硅的具有较高硬度，可以稳定地支撑上部的加热电阻和加热器件，同时由于二氧化硅的低热导率可以有效地减少微热板的热损耗，起到保温隔热效果，也可增加微热板的灵敏度和使用寿命。本发明适用于基于二氧化钒等相变材料所制造的温控半导体器件，以实现温度的精准控制。

(一)技术领域

本发明涉及的是一种微米级硅基微热板精确温控系统，可用于光电探测、光纤相位调制以及太赫兹功能器件等方向，属于MEMS技术领域。

(二)背景技术

微热板是一种基于MEMS技术的加热平台，可对置于加热板表面的器件持续加热，确保被加热器件在所需的温度下稳定工作。目前，传统微热板已广泛用于微型气体传感器、热量计、气压计和其他微型设备中。以硅为基底的微热板因其良好的稳定性、且与二氧化钒等相变薄膜具有良好的兼容性，从而在温控光学器件领域具有极大的应用前景。

微热板作为常用的加热平台已有较多相关研究报道，硅基微热板由于其良好的稳定性和易于与其他材料或功能器件结合的特点，使得其在各类传感器中有着极大的应用前景。硅基加工技术的发展也为微米级硅基微热板的发展提供技术支持。申请人于2014年公开的硅基微热板(中国专利号：CN201420399904.1)，使用MEMS作为硅基微热板的制造技术，使用多孔硅作为传感器的隔热层，与传统绝热槽相比，多孔硅的孔隙细密，可以有效减少空气流动速度，增强隔热效果。申请人于2012年公开的一种加热丝嵌入式硅基微热板及加工方法(中国专利号：CN201210199078.1)，此发明采用传统“三明治”夹层结构，将加热丝埋入到基底绝缘膜层中，通过周围致密绝缘膜层来减少加热电阻热量的损耗，同时有效的缓解电迁移对加热丝变形的影响，从而提高微热板在高温工作时的稳定性。这些方法为在微米级硅基微热板的制造和应用提供了具有重要参考价值的技术途径。

为了推动硅基微热板在光学器件的使用，本发明公开了一种微米级硅基微热板精确温控系统，可用于光电探测、光纤调制以及太赫兹功能器件等领域。与先前技术相比，本发明通过MEMS加工技术，对硅基微热板微型化，在微米级硅基微热板平台上设计一个工作温度接近室温且可精确控制表面温度的加热平台。一方面，可借助于该加热平台，对使用二氧化钒等相变材料所制造的温控半导体器件进行精确温度控制，通过对微热板温度精确的调节，来实现对这些器件的主动控制；另一方面，在工作温度接近常温的光学器件中，可使用微米级硅基微热板作为加热平台，通过MEMS加工技术将微米级硅基微热板应用到光学器件中。微米级硅基微热板在光学器件中主要应用，主要是在使用二氧化钒作为主要材料的温控光学器件和光纤相位调控器件中作为加热器件。例如，在二氧化钒温控吸波器中，使用微米级硅基微热板作为二氧化钒温控吸波器的加热器件，通过调节微米级硅基微热板的输入电压大小，可动态调节二氧化钒温控吸波器在特定频率下的电磁波吸收率，实现吸收率在10％-95％范围内的主动调控。在光纤调控方面，可以通过微米级硅基微热板为光纤加热，实现对光纤内光相位的主动调控。

由于大部分的光学器件结构都比较小，传统的硅基微热板结构较大，无法在光学器件中使用，本发明通过将传统的硅基微热板微型化，使其尺寸达到微米级别，确保微热板可有效应用于光学器件中。此外，由于本发明使用硅作为基底，其具有易与其他材料或功能器件相组合的特点，随着MEMS技术的发展，尤其是硅基加工技术日新月异，使得微米级硅基微热板这一微型加热平台可有效应用于各类光学器件中。微米级硅基微热板作为微热板的一种，能够与大多数自然界材料有机结合，直接加热效果良好，可操控性强，并扩大了器件的使用范围，从而实现更高的探测精度和灵敏度，具有更加广泛的应用前景。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种微米级硅基微热板精确温控系统。