一种自加热的MEMS红外光源及其制备方法

本发明涉及半导体光电元器件，特别涉及一种自加热的mems红外光源及其制备方法。

背景技术：

1、利用微机电系统(mems)技术制作的mems红外光源是一种新型的热辐射红外光源，具有电光转换效率高、体积小、能耗低等特点，同时光谱很容易覆盖2-20微米范围，还具有较快的调制频率，已经被广泛应用于红外传感领域，成为红外光源的趋势性技术。

2、常规结构的mems红外光源一般包括衬底，在衬底上设有发热电极层以及红外发射层等。通过给发热电极层通电产生焦耳热，使发热电极层升温至预设的工作温度(通常在600-700℃)，发热电极层及其上的红外发射层在工作温度条件下会产生特定发射波长和辐射量的红外辐射。衬底在mems红外光源发光过程中会与发热电极层之间发生热传递，从而造成热损失，进而提高mems红外光源的功耗，降低mems红外光源的电光转换效率。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种自加热的mems红外光源及其制备方法，以达到降低mems红外光源功耗、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。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种自加热的mems红外光源，包括由下到上依次设置的硅衬底、第一氧化层、自加热层、第二氧化层、加热电阻层和电极层，所述加热电阻层通过金属剥离工艺形成图形化的电阻结构，电阻结构包括位于中心的加热区域和两端延伸的焊盘区域；所述电极层位于焊盘区域，所述硅衬底背面通过刻蚀形成贯穿硅衬底的背洞区域。

4、上述方案中，所述自加热层为硼掺杂单晶硅。

5、上述方案中，所述第一氧化层和第二氧化层为二氧化硅。

6、上述方案中，所述加热电阻层为铂金材质。

7、上述方案中，所述电极层为金。

8、上述方案中，所述加热区域的电阻结构为螺旋形，所述焊盘区域的电阻结构为长方形。

9、一种如上所述的自加热的mems红外光源的制备方法，包括如下步骤：

10、s1、选用一张soi晶圆；

11、s2、对soi晶圆的上层硅使用掺杂技术进行硼离子掺杂，形成自加热层；

12、s3、在自加热层上沉积一层二氧化硅氧化层；

13、s4、在氧化层上方沉积加热电阻层，并通过金属剥离工艺形成图形化的电阻结构，包括位于中心的加热区域和两端延伸的焊盘区域；

14、s5、在加热电阻层上方沉积电极层，并通过金属剥离工艺形成位于焊盘区域上方的电极结构；

15、s6、对硅衬底背面进行刻蚀，形成贯穿硅衬底的背洞区域。

16、上述方案中，步骤s2中，使用的掺杂技术为离子注入方法。

17、上述方案中，步骤s3中，使用的沉积技术为pecvd方法。

18、上述方案中，步骤s4和步骤s5中，使用电子束蒸镀或者溅射工艺沉积加热电阻层和电极层，步骤s6中，采用drie干法刻蚀技术进行刻蚀。

19、通过上述技术方案，本发明提供的一种自加热的mems红外光源及其制备方法具有如下

20、有益效果：

21、本发明通过对晶圆上层的单晶硅进行硼掺杂改性，使其实现反向红外辐射吸收作用，当自由载流子吸收到光子的能量，使自由载流子从低能级跃迁到高能级，这种吸收称为自由载流子吸收，表现为红外吸收。当载流子再次跃迁回低能级时，就会释放出热量。这样反复循环就会达到热量储存的目的。

22、硅衬底形成的背洞区域能够减少向硅衬底的热量传输，形成了悬浮式的自加热薄膜结构，这种自加热薄膜结构具有低传热速率的性能，实现发光薄膜背向红外辐射的自吸收、达到热量储存目的。从而可以有效降低红外光源的能量损耗，提高电光转化效率，显著提高mems红外光源的性能，降低mems红外光源的功耗。

技术特征：

1.一种自加热的mems红外光源，其特征在于，包括由下到上依次设置的硅衬底、第一氧化层、自加热层、第二氧化层、加热电阻层和电极层，所述加热电阻层通过金属剥离工艺形成图形化的电阻结构，电阻结构包括位于中心的加热区域和两端延伸的焊盘区域；所述电极层位于焊盘区域，所述硅衬底背面通过刻蚀形成贯穿硅衬底的背洞区域。

2.根据权利要求1所述的一种自加热的mems红外光源，其特征在于，所述自加热层为硼掺杂单晶硅。

3.根据权利要求1所述的一种自加热的mems红外光源，其特征在于，所述第一氧化层和第二氧化层为二氧化硅。

4.根据权利要求1所述的一种自加热的mems红外光源，其特征在于，所述加热电阻层为铂金材质。

5.根据权利要求1所述的一种自加热的mems红外光源，其特征在于，所述电极层为金。

6.根据权利要求1所述的一种自加热的mems红外光源，其特征在于，所述加热区域的电阻结构为螺旋形，所述焊盘区域的电阻结构为长方形。

7.一种如权利要求1-6任一所述的自加热的mems红外光源的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，使用的掺杂技术为离子注入方法。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中，使用的沉积技术为pecvd方法。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤s4和步骤s5中，使用电子束蒸镀或者溅射工艺沉积加热电阻层和电极层，步骤s6中，采用drie干法刻蚀技术进行刻蚀。

技术总结
本发明公开了一种自加热的MEMS红外光源及其制备方法，该MEMS红外光源包括由下到上依次设置的硅衬底、第一氧化层、自加热层、第二氧化层、加热电阻层和电极层，加热电阻层通过金属剥离工艺形成图形化的电阻结构，电阻结构包括位于中心的加热区域和两端延伸的焊盘区域；电极层位于焊盘区域，硅衬底背面通过刻蚀形成贯穿硅衬底的背洞区域。本发明所公开的红外光源采用悬浮式自加热膜结构，悬浮结构能减少向硅衬底的热量传输，自加热层具有低传热速率的性能，实现发光薄膜背向红外辐射的自吸收、达到热量储存目的，从而可以有效降低红外光源器件的能量损耗，提高电光转化效率，显著提高MEMS光源的性能，降低MEMS光源的功耗。

技术研发人员：陶继方,冯宇彤
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15