[发明专利]MEMS黑体封装用的红外滤光片及其制备方法

说明书

本发明涉及一种MEMS黑体封装用的红外滤光片及其制备方法，其中，所述的红外滤光片包括基底材料和增透膜膜系结构，所述的增透膜膜系结构设置于所述的基底材料的两侧；所述的增透膜膜系结构为：Sub/0.26M1.34H0.92M1.65H1.33M1.27H1.87M0.67H3.3M 1.62M1.27L1.06M3.44L0.44M/Air，本发明的MEMS黑体封装用的红外滤光片，以高阻区熔单晶硅为基底的，在波长2.0～15μm范围内透射率T＞70%，其中2.5～12μm范围内透射率T＞85%的红外滤光片，可以满足NDIR红外气体传感器的需要，填补了市场空白。

技术领域

本发明涉及黑体光源领域，尤其涉及红外滤光片技术领域，具体是指一种MEMS黑体封装用的红外滤光片及其制备方法。

背景技术

在NDIR红外气体传感器中，通常使用卤素灯泡或者MEMS黑体作为红外光源。如图1a所示，由于卤素灯泡发射光谱只能覆盖可见光至中红外6.0μm，因此限制了在中长红外波段上的应用。例如SF₆气体的红外气体探测器通常使用10.56μm波长作为工作波长，这时卤素灯泡不能作为传感器的光源使用。MEMS黑体光源有近乎黑体的理想辐射光谱，可以很好的覆盖到中长波段，如图1b所示为黑体光源的辐射光谱曲线。通常为了保证MEMS黑体光源工作的稳定性和使用寿命，需要将MEMS黑体芯片使用TO管帽封装，同时使用2～15μm波段高透射的滤光片作为窗口片。在该波段范围内可以选用氟化钡或氟化钙晶体，以及以硅、锗、硒化锌晶体为基底的滤光片等几种方案。但综合考虑几种方案的性能和经济效益，以单晶硅为基底的滤光片方案最具性价比。但调查发现目前国内市场上还没有针对MEMS黑体光源设计的滤光片。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种MEMS黑体封装用的红外滤光片及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明的MEMS黑体封装用的红外滤光片包括基底材料和增透膜膜系结构，所述的增透膜膜系结构设置于所述的基底材料的两侧；

所述的增透膜膜系结构为：

Sub/0.26M1.34H0.92M1.65H1.33M1.27H1.87M0.67H3.3M1.62M1.27L1.06M3.44L0.44M /Air，其中，Sub表示基底材料，Air表示空气，H为四分之一波长光学厚度的Ge膜层，M为四分之一波长光学厚度的ZnS膜层，L为四分之一波长光学厚度的YbF₃膜层，膜系结构中的数字为膜层厚度系数，中心波长为1000nm。

较佳地，所述的增透膜膜系结构的第9层和第10层位于不同的光控点位上，所述YbF₃膜层的两侧均为ZnS膜层。

所述的MEMS黑体封装用红外滤光片具有以下光谱特性：红外透射波段2～15μm范围内透射率大于70%，其中高透波段2.5～12μm范围内透射率大于85%。

较佳地，所述的基底材料为光学级高阻区熔单晶硅或单晶锗材料，但单晶锗价格昂贵，生产上优先使用单晶硅材料。

较佳地，所述的高阻区熔单晶硅要求：电阻率≥10000Ω·cm，厚度0.4～0.5mm，波长9μm处的透射率大于51%。

本发明的该MEMS黑体封装用红外滤光片的制备方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：

（1）将双面抛光的基底材料清洗、干燥，然后装入专用夹具放置到真空室DOME工位上，并抽真空；

（2）将所述的基底材料烘烤190～210℃，并保持恒温；

（3）将所述的基底材料采用霍尔离子源离子轰击6～10分钟，气体流量15～30sccm；

（4）分别在所述的基底材料的两面按照预设的膜系结构要求的膜层厚度逐层进行增透膜膜系结构的镀制；