[发明专利]一种自支撑的MEMS红外光源及其制备方法

说明书

本发明涉及半导体光电元器件技术领域，具体公开了一种自支撑的MEMS红外光源及其制备方法，MEMS红外光源包括由下到上依次设置的硅衬底、介质薄膜、加热电阻和黑体辐射层，所述加热电阻通过金属剥离工艺形成图形结构，所述黑体辐射层位于加热电阻的中间区域，所述硅衬底背面通过刻蚀形成贯穿硅衬底的背洞区域，位于黑体辐射层下方的介质薄膜被刻蚀掉。本发明所公开的MEMS红外光源及其制备方法由加热电阻自支撑，其在MEMS红外光源工作时，因为减少了加热电阻下面的介质薄膜，可以减少黑体辐射层与硅衬底之间的热传导，从而提高MEMS红外光源的工作温度，进一步提高MEMS红外光源的响应速率和辐射效率。

技术领域

本发明涉及半导体光电元器件技术领域，特别涉及一种自支撑的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，支撑结构薄膜，加热层和辐射层组成。衬底用于支撑整个薄膜及加热层和辐射层结构。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几百度，这样薄膜由于其自身的热膨胀，会产生较大的热应力。热应力会使得薄膜变得不稳定，使得薄膜发生破裂等现象。而且在光源开关过程中，伴随着薄膜温度的升高和降低，会减小其机械强度，降低光源的稳定性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种自支撑的MEMS红外光源及其制备方法，以达到提高MEMS红外光源的工作温度，提高MEMS红外光源的响应速率、辐射效率和工作稳定性的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种自支撑的MEMS红外光源，包括由下到上依次设置的硅衬底、介质薄膜、加热电阻和黑体辐射层，所述加热电阻通过金属剥离工艺形成图形结构，所述黑体辐射层位于加热电阻的中间区域，所述硅衬底背面通过刻蚀形成贯穿硅衬底的背洞区域，位于黑体辐射层下方的介质薄膜被刻蚀掉。

上述方案中，所述介质薄膜材质选自二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的至少一种。

上述方案中，所述加热电阻为铂金材质。

上述方案中，所述黑体辐射层材质为铂黑、碳纳米管或多孔硅。

一种自支撑的MEMS红外光源的制备方法，包括如下步骤：

S1、选自一张硅晶圆作为硅衬底；

S2、在硅衬底上使用薄膜生长技术沉积一层介质薄膜；

S3、在介质薄膜上沉积加热电阻，并通过金属剥离工艺形成图形结构；

S4、在加热电阻的中间区域沉积黑体辐射层；

S5、对硅衬底背面进行刻蚀，形成贯穿硅衬底的背洞区域；

S6、使用刻蚀方法将黑体辐射层下方的介质薄膜去除。

上述方案中，步骤S2中，所述薄膜生长技术为PECVD方法。

上述方案中，步骤S3中，使用电子束蒸镀或者溅射工艺沉积加热电阻。

上述方案中，步骤S4中，通过电镀的方法沉积黑体辐射层。

上述方案中，步骤S5中，采用ICP干法刻蚀技术进行刻蚀形成背洞区域。

通过上述技术方案，本发明提供的一种自支撑的MEMS红外光源及其制备方法具有如下有益效果：