本發(fā)明涉及傳感器，尤其涉及具有雙面結構的mems紅外光源、制備方法及封裝器件。

背景技術：

1、近年來，紅外技術被廣泛應用于氣體檢測、工業(yè)過程監(jiān)測和醫(yī)療診斷等領域。在紅外檢測技術領域中，核心組件紅外光源性能十分重要，一般地，紅外輻射功率越大，其檢測精度越高。傳統(tǒng)的鎢燈、sic陶瓷棒和金屬箔（絲）紅外光源由于存在效率低、體積大和低調(diào)制等弊端，已逐步被mems（micro-electro-mechanical?system，微機電系統(tǒng)）紅外光源所代替。一般地，mems紅外光源由硅襯底單端面的半導體薄膜支撐層和金屬薄膜發(fā)熱層構成，其輻射功率較小，限制其廣泛應用。

2、核心組件mems紅外光源具有體積小易集成、調(diào)制高、成本低等優(yōu)勢被大量研究和開發(fā)制備。目前大多數(shù)mems紅外光源由于其薄膜結構限制，其輻射功率低，難以滿足一些高精度檢測應用場景，因此開發(fā)新型結構mems紅外光源，提高輻射強度尤為必要。

3、一般地，mems紅外光源是通過在硅基襯底表面加工支撐層和加熱電極薄膜，加熱電極通電產(chǎn)生焦耳熱，進而發(fā)射紅外輻射能量。在mems紅外光源工作過程中，膜面最高溫度通常在400~650℃左右，過高的溫度雖然能增大輻射功率，但高溫環(huán)境易造成加熱電極破裂失效，光源器件壽命大大縮短。另外，mems紅外光源的空腔尺寸和發(fā)熱面積都比較小，使得出射總輻射功率十分有限。雖然可以通過設置陣列式結構，但造成了檢測設備的成本大幅增加，結構體積增大，不利于微納器件集成化，小型化。

4、相近方案：cn220604613u公布了一種疊層結構的紅外光源，該疊層結構的紅外光源包括多個紅外發(fā)光組件，疊層設置，采用石墨烯作為發(fā)光層，通過組件疊層設置增加了單位面積的紅外光功率密度。cn111115565a發(fā)明了一種背發(fā)射式紅外光源，在單晶硅片的一面設置支撐層后，在另一面進行mems工藝刻蝕，形成邊緣為硅基且中間區(qū)域刻穿的掏空結構，同時在支撐層依次設置紅外熱輻射體、隔離層和反射層，得到背發(fā)射式的紅外光源，提高了紅外發(fā)射效率。cn105004694a提供了一種基于mems技術的陣列式紅外光源器件及其制備方法，紅外光源器件包括紅外發(fā)光部分和聚光罩部分，金屬加熱區(qū)和高輻射率材料共同形成若干個紅外輻射源，有效解決封裝成本高、器件體積大問題。

5、以上改進優(yōu)化均存在一定的局限性，例如石墨烯發(fā)光層容易氧化分解失效，同時光源器件的加工無法通過標準的mems工藝實現(xiàn)，難以大面積、低成本推廣使用。背發(fā)射式mems紅外光源基于單面出射輻射，對于輻射功率的提升改善十分有限。設置陣列式結構會帶來成本和體積的增大，會極大程度上限制其廣泛應用。因此，現(xiàn)有技術方法難以解決mems紅外光源存在輻射功率較小的問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實施例提供了一種具有雙面結構的mems紅外光源、制備方法及封裝器件，旨在解決現(xiàn)有技術方法中的mems紅外光源存在輻射功率較小的問題。

2、第一方面，本申請實施例提供了一種具有雙面結構的mems紅外光源，其中，該紅外光源包括硅襯底、支撐層、加熱電極、隔離層、平面電極、紅外輻射材料層；

3、所述硅襯底中設有上下貫通的襯底空腔，所述支撐層覆蓋設置于所述硅襯底的上端面及下端面，所述隔離層覆蓋設置于所述支撐層的外側(cè)面；

4、位于所述襯底空腔兩端的支撐層及隔離層懸浮分別形成兩個懸浮島；所述懸浮島的外側(cè)壁向外延伸形成與所述襯底空腔的側(cè)壁相連接的懸臂梁；位于所述襯底空腔外側(cè)的支撐層及隔離層懸浮形成外圍框；所述懸浮島的外側(cè)面均設有紅外輻射材料層；

5、所述懸浮島中的所述隔離層內(nèi)嵌設置有加熱電極，所述加熱電極緊貼所述支撐層進行設置；所述加熱電極貫穿所述懸臂梁并延伸至所述外圍框；所述外圍框的兩側(cè)設置有與所述外圍框內(nèi)的加熱電極進行電連接的兩個平面電極。

6、第二方面，本申請實施例還提供了一種具有雙面結構的mems紅外光源的制造方法，所述制造方法用于制造如上述第一方面所述的具有雙面結構的mems紅外光源，其中，所述制造方法包括：

7、使用清洗溶液對硅襯底進行清洗，之后在硅襯底的上下表層分別進行鍍膜以沉積支撐層；

8、采用金屬磁控濺射及剝離加工工藝在所述硅襯底上下側(cè)的支撐層上分別加工加熱電極，并進行退火熱處理；

9、采用cvd鍍膜工藝在所述硅襯底上下側(cè)的加熱電極上加工得到隔離層；

10、采用等離子體干法刻蝕或濕法刻蝕對硅襯底上下側(cè)的隔離層進行刻蝕開孔，并鍍膜加工得到平面電極；

11、在硅襯底上下兩側(cè)形成的懸浮島區(qū)域分別進行紅外輻射材料層加工；

12、在硅襯底的上下兩側(cè)的懸浮島周邊區(qū)域刻蝕形成窗口；

13、通過刻蝕窗口對硅襯底的中央?yún)^(qū)域進行濕法各向異性刻蝕，形成襯底空腔。

14、第三方面，本申請實施例還提供了一種封裝器件，其中，該封裝器件包括如上述第一方面所述的具有雙面結構的mems紅外光源，所述封裝器件還包括底座、鍍金墊塊、金屬線；

15、所述紅外光源中各頂角的下側(cè)均設有所述鍍金墊塊，所述鍍金墊塊均裝配于所述底座的上端面上，所述硅襯底上端面的各平面電極分別與至少一根所述金屬線進行電連接，各所述鍍金墊塊分別與至少一根所述金屬線進行電連接。

16、本發(fā)明實施例提供了一種具有雙面結構的mems紅外光源、制備方法及封裝器件，該紅外光源包括硅襯底、支撐層、加熱電極、隔離層、平面電極、紅外輻射材料層；硅襯底中設有上下貫通的襯底空腔，支撐層覆蓋設置于硅襯底的上端面及下端面，隔離層覆蓋設置于支撐層的外側(cè)面；位于襯底空腔兩端的支撐層及隔離層懸浮分別形成兩個懸浮島；懸浮島的外側(cè)壁向外延伸形成與所述襯底空腔的側(cè)壁相連接的懸臂梁；懸浮島的外側(cè)面均設有紅外輻射材料層；懸浮島中的隔離層內(nèi)嵌設置有加熱電極，加熱電極緊貼支撐層進行設置。上述紅外光源以硅襯底中部水平面進行對稱設置，在襯底空腔的兩端分別設置兩個懸浮島并在懸浮島的外側(cè)面設置紅外輻射材料層，通過雙面結構提升光源輻射強度，增強紅外光源的集成化程度、減小器件體積。

技術特征：

1.一種具有雙面結構的mems紅外光源，其特征在于，所述紅外光源包括硅襯底、支撐層、加熱電極、隔離層、平面電極、紅外輻射材料層；

2.根據(jù)權利要求1所述的具有雙面結構的mems紅外光源，其特征在于，所述懸浮島為圓形、矩形或三角形的懸浮島；所述懸臂梁數(shù)量為一根或多根；所述襯底空腔兩端的尺寸大于所述襯底空腔中段的尺寸，所述襯底空腔呈上下對稱的倒梯形體結構。

3.根據(jù)權利要求2所述的具有雙面結構的mems紅外光源，其特征在于，所述懸浮島中均內(nèi)嵌設置加熱電極。

4.根據(jù)權利要求1-3任一項所述的具有雙面結構的mems紅外光源，其特征在于，所述硅襯底為單晶硅襯底或絕緣體上硅片襯底。

5.根據(jù)權利要求1-3任一項所述的具有雙面結構的mems紅外光源，其特征在于，所述支撐層為單層sio2、單層si3n4或單層sinx，或者是所述支撐層為sio2、si3n4及sinx中的至少兩層組合成的復合膜層；

6.根據(jù)權利要求1-3任一項所述的具有雙面結構的mems紅外光源，其特征在于，所述加熱電極為pt、au、w、al、tin、鎳鉻合金、mosi2中的一種或多種所組成的金屬復合膜層，或者是所述加熱電極為摻雜的多晶硅薄膜。

7.根據(jù)權利要求1-3任一項所述的具有雙面結構的mems紅外光源，其特征在于，所述平面電極為pt金屬膜層、au金屬膜層或al金屬膜層。

8.根據(jù)權利要求1-3任一項所述的具有雙面結構的mems紅外光源，其特征在于，所述紅外輻射材料層為納米鉑黑、納米黑硅、碳納米管、石墨烯、摻雜金屬元素的非晶碳膜中的一種，或au/al2o3/au超表面材料，或znnip化學鍍層。

9.一種具有雙面結構的mems紅外光源的制造方法，所述制造方法用于制造如權利要求1-8任一項所述的具有雙面結構的mems紅外光源，其特征在于，所述制造方法包括：

10.一種封裝器件，其特征在于，所述封裝器件包括如權利要求1-8任一項所述的具有雙面結構的mems紅外光源，所述封裝器件還包括底座、鍍金墊塊、金屬線；

技術總結
本發(fā)明公開了具有雙面結構的MEMS紅外光源、制備方法及封裝器件，該紅外光源包括硅襯底、支撐層、加熱電極、隔離層、平面電極、紅外輻射材料層；硅襯底中設有上下貫通的襯底空腔，支撐層覆蓋設置于硅襯底的上端面及下端面，隔離層覆蓋設置于支撐層的外側(cè)面；位于襯底空腔兩端的支撐層及隔離層懸浮分別形成兩個懸浮島；懸浮島的外側(cè)壁向外延伸形成與所述襯底空腔的側(cè)壁相連接的懸臂梁；懸浮島的外側(cè)面均設有紅外輻射材料層；懸浮島中的隔離層內(nèi)嵌設置有加熱電極，加熱電極緊貼支撐層進行設置。上述紅外光源在襯底空腔的兩端對稱設置兩個具有紅外輻射材料層的懸浮島，通過雙面結構提升光源輻射強度，增強紅外光源的集成化程度、減小器件體積。

技術研發(fā)人員：鄧敏,武斌
受保護的技術使用者：深圳市美思先端電子有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/23