[发明专利]一种MEMS红外光源及其制备方法

说明书

本发明公开了一种MEMS红外光源及其制备方法，从下到上依次包括衬底、支撑薄膜、加热层和辐射层，所述加热层表面通过刻蚀形成加热电阻结构，所述辐射层位于加热电阻结构上方，所述衬底上开设上下贯穿所述衬底的空腔，所述空腔的横截面积大于所述辐射层的面积，所述支撑薄膜位于所述空腔上方边缘的位置处为波纹膜结构。本发明所公开的MEMS红外光源利用波纹膜结构将应力转换为水平方向的位移，从而释放红外光源工作时产生的热应力，避免在辐射层的局部高温下，支撑薄膜的中心发生很大的纵向位移；进而解决了红外光源在工作时，热应力导致的支撑薄膜破裂问题，提高了红外光源的稳定性，有利于延长红外光源的使用寿命。

技术领域

本发明涉及光电元器件技术领域，特别涉及一种MEMS红外光源及其制备方法。

背景技术

MEMS红外光源是根据热辐射原理，通过对MEMS薄膜加热，向外辐射宽谱红外光。MEMS红外光源基本组成由衬底，支撑薄膜，加热层和辐射层组成。衬底用于支撑整个支撑薄膜及加热层和辐射层。支撑薄膜是加热层和辐射层的支撑结构。加热层是用导电金属组成，通过施加一定电压，将电转换成热能。由于黑体辐射产生的红外光谱取决于辐射温度，光源在正常工作时薄膜区域升温到几百摄氏度。然后通过热辐射原理，向外辐射宽谱红外光。

目前，MEMS红外光源是通过半导体工艺加工制作的，起始于硅晶圆衬底，然后硅在晶圆上沉积起支撑作用的薄膜结构，然后再通过在薄膜上制作加热层和辐射层。但是在光源工作的过程中，光源正常的工作温度为400℃，这样薄膜由于其自身的热膨胀，会产生较大的热应力，薄膜易发生破裂。而且在光源开关过程中，薄膜温度会不断地升高和降低，这样便减小了其机械强度，降低了光源的稳定性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种MEMS红外光源及其制备方法，在支撑薄膜的边缘位置处增加波纹膜结构，以达到释放光源工作时产生的热应力，提高红外光源的稳定性的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种MEMS红外光源，从下到上依次包括衬底、支撑薄膜、加热层和辐射层，所述加热层表面通过刻蚀形成加热电阻结构，所述辐射层位于加热电阻结构上方，所述衬底上开设上下贯穿所述衬底的空腔，所述空腔的横截面积大于所述辐射层的面积，所述支撑薄膜位于所述空腔上方边缘的位置处为波纹膜结构。

在一种技术方案中，所述支撑薄膜为单层薄膜，所述单层薄膜为氧化硅薄膜或氮化硅薄膜。

在另一种技术方案中，所述支撑薄膜为双层薄膜，所述双层薄膜包括位于下层的氧化硅薄膜和位于上层的氮化硅薄膜。

上述方案中，所述衬底为硅材料，所述加热层为铂金属，所述辐射层为铂黑、碳纳米管或多孔硅。

一种支撑薄膜为单层薄膜的MEMS红外光源的制备方法，包括如下步骤：

(1)选择一硅晶圆作为衬底；

(2)在硅晶圆上表面用于形成波纹膜结构的区域进行刻蚀，形成凹槽结构；

(3)在硅晶圆上沉积氧化硅薄膜或氮化硅薄膜；

(4)在氧化硅薄膜或氮化硅薄膜上生长加热层，并进行金属剥离形成加热电阻结构；

(5)在硅晶圆背面进行干法刻蚀或湿法腐蚀形成空腔，并在加热层的加热电阻结构上方沉积辐射层。

一种支撑薄膜为单层薄膜的MEMS红外光源的另一种制备方法，包括如下步骤：

(1)选择一硅晶圆作为衬底；

(2)在硅晶圆上表面沉积氧化硅薄膜或氮化硅薄膜，并在用于形成波纹膜结构的区域进行刻蚀，形成凹槽结构；

(3)在氧化硅薄膜或氮化硅薄膜上生长加热层，并进行金属剥离形成加热电阻结构；