一种红外光源及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及红外技术领域，特别涉及一种红外光源及其制备方法。
【背景技术】
[0002]红外传感技术为二^^一世纪技术研宄的一个重要领域，目前，红外传感技术已在污染监测检测、温度监控、空间监视、高分辨率成像、医学等领域得到广泛应用。而且，由于红外气体传感技术良好的选择性和极低的误报警，使得红外传感方法在气体分析中得到了广泛应用。此外，由于一些新技术和新材料的引入，红外传感仪器的小型化乃至微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical Systems，简称“MEMS”)化已经成为一种发展的趋势。
[0003]在红外传感技术中，红外光源的性能很大程度上决定了红外传感器的质量。目前，国内外对红外气体传感器的研宄非常活跃，多是结合MEMS工艺技术，研制体积更小，并能与IC工艺兼容，实现大批量廉价生产的红外微型光源。由于现有技术中的红外光源的热量会由底部传导出，并且造成了较多的热损耗，降低了红外光源的发光强度。那么，如何提高红外光源的性能，是本领域技术人员急需考虑的技术问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种红外光源及其制备方法，减少热传导通路，降低热损耗，增强红外光源的机械强度，提高光源的辐射性能。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供了一种红外光源，包含:衬底、反射层、支撑结构与发热电极；
[0006]所述反射层覆盖在所述衬底之上；所述支撑结构形成在所述反射层上；
[0007]其中，所述支撑结构与所述反射层之间形成有一空腔，所述发热电极固定在所述空腔上方的支撑结构表面。
[0008]本发明还提供了一种红外光源的制备方法，包含以下步骤:
[0009]提供衬底；
[0010]在所述衬底上依次形成反射层和牺牲层；
[0011]刻蚀去除部分牺牲层，形成图形化牺牲层结构；
[0012]在所述反射层和牺牲层的表面形成支撑结构；
[0013]在所述支撑结构上溅射发热电极，并图形化；
[0014]在所述支撑结构上刻蚀形成释放凹槽，所述释放凹槽暴露出所述牺牲层；
[0015]通过所述释放凹槽进行刻蚀，去除所述牺牲层。
[0016]本发明实施方式相对于现有技术而言，将发热电极固定在支撑结构上，其中，支撑结构上设计有支撑柱，防止支撑薄膜塌陷，提高支撑薄膜的机械强度。支撑结构和反射层之间形成有空腔，发热电极位于空腔的正上方，由于空腔内的空气或者真空的隔热效果较佳，从而能够降低发热电极的热传导通路，减少热损耗，此外，位于空腔处的反射层能够更好的将红外光反射回去，进一步的提高发热电极的发光强度及发热性能。
[0017]另外，所述空腔的深度范围是4微米?8微米。
[0018]另外，所述支撑结构包括多个支撑柱，所述支撑柱位于所述发热电极的正下方。
[0019]另外，所述支撑柱的高度为2微米?4微米。由于红外光源面积较大，当发热电极形成在架空的支撑结构上时，容易发生塌陷。若发生塌陷时，形成在空腔内的支撑柱能够起到支撑作用，从而减少塌陷对红外光源造成损害。
[0020]另外，还包含隔离热绝缘层；所述隔离热绝缘层形成在所述衬底与所述反射层之间。在衬底与反射层之间增设隔离热绝缘层，可以进一步减小发热电极产生的热量向衬底传导，提高红外光源的性能。
[0021]另外，所述隔离热绝缘层采用二氧化硅。
[0022]另外，所述支撑结构材质为氮化硅。
[0023]另外，所述反射层可以采用铝(Al)、金(Au)或者银(Ag)。利用铝(Al)、金(Au)或者银(Ag)制作反射层，红外热反射率高，可以高效地将发热电极产生的热量反射回去。
[0024]另外，所述发热电极可以采用氮化钛(TiN)。利用氮化钛(TiN)制作发热电极，熔点高，耐高温，且在高温下化学性质稳定，可以使发热电极的体积与表面积之比尽可能的小，在工作于高温时不会产生化学变化，亦不会随着时间的推移而产生性能的退化。
[0025]另外，所述牺牲层的材质为二氧化硅。
[0026]另外，在所述提供衬底的步骤之后，在所述衬底上覆盖反射层的步骤中，包含以下子步骤:
[0027]在所述衬底上淀积隔离热绝缘层；
[0028]在所述隔离热绝缘层上溅射反射层。
[0029]另外，在所述反射层和牺牲层的表面形成支撑结构之前，包含以下步骤:
[0030]刻蚀所述牺牲层，形成多个支撑柱槽，所述支撑柱槽的位于后续形成的发热电极的正下方；
[0031 ] 在形成所述支撑结构的同时，填充满所述支撑柱槽，形成支撑柱。
[0032]另外，采用干法或者湿法刻蚀沿着所述释放凹槽去除所述牺牲层。由于形成的有释放凹槽，刻蚀所用的气体或者酸液能够沿着所述释放凹槽内进入，对所述牺牲层进行刻蚀，不会对支撑结构造成损害。
【附图说明】
[0033]图1是根据本发明第一实施方式的红外光源结构剖面示意图；
[0034]图2A是根据本发明第一实施方式中的发热电极的结构示意图；
[0035]图2B是根据本发明第一实施方式中的发热电极的结构示意图；
[0036]图2C是根据本发明第一实施方式中的发热电极的结构示意图；
[0037]图2D是根据本发明第一实施方式中的发热电极的结构示意图；
[0038]图3是根据本发明第二实施方式的红外光源结构剖面示意图；
[0039]图4是根据本发明第三实施方式的红外光源的制备方法流程图；
[0040]图5-7是根据本发明第三实施方式的红外光源的制备过程中的剖面示意图；
[0041]图8-13是根据本发明第四实施方式的红外光源的制备过程中的剖面示意图；
[0042]图14至图16是根据本发明第四实施方式的红外光源的制备过程中的俯视图。
【具体实施方式】
[0043]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
[0044]本发明的第一实施方式涉及一种红外光源，具体如图1所示，包含:衬底110、反射层130、支撑结构300与发热电极400 ；
[0045]其中，反射层130覆盖在衬底120之上，为了减小发热电极400产生的热量向衬底110传导，同时避免反射层130与衬底110发生反应，通常还会在衬底110与反射层130之间形成一层隔离热绝缘层120，隔离热绝缘层120采用二氧化硅即可。由于二氧化硅可以隔离热，且导电性弱，保证了本实施方式的可行性；
[0046]支撑结构300形成在反射层130上，支撑结构300的材质为氮化硅，反射层130采用铝Al、金Au或者银Ag等高反射金属，利用铝(Al)、金(Au)或者银(Ag)制作反射层，红外热反射率高，可以高效地将发热电极产生的热量反射回去，支撑结构300突起，并和反射层130之间形成一个空腔；空腔内可以有空气，也可以是真空，具有良好的热绝缘性；
[0047]发热电极400通常可以采用氮化钛TiN、铂金Pt、NiCr合金、多晶硅或WSi化合物等，在本实施例中，优选氮化钛，利用氮化钛(TiN)制作发热电极，熔点高，耐高温，且在高温下化学性质稳定，可以使发热电极的体积与表面积之比尽可能的小，在工作于高温时不会产生化学变化，亦不会随着时间的推移而产生性能的退化。
[0048]此外，发热电极400固定在空腔上方的支撑结构300的表面。空腔的深度范围是4微米?8微米，例如是6微米。支撑结构300将发热电极400支撑起来，下方形成一个空腔，由于空腔内的空气或者真空的隔热效果较佳，从而能够降低发热电极400的热传导通路，减少热损耗，此外，位于空腔处的反射层130能够更好的将热量反射出，进一步的提高发热电极400的发光强度及发热性能。
[0049]在本实施方式中，发热电极400的俯视图可以采用图2A、图2B、图2C、图2D所示的任意一种。由于发热电极是现有成熟的技术，在此不再赘述。
[0050]在本实施方式中，优选地采用铝(Al)来制作反射层130。由于铝的红外热反射率高，可以高效地将发热电极400产生的热量反射回去，减少传递至衬底110的热量；而且，铝的成本低，可以节约成本。当然，在本实施方式中，也可以采用金(Au)或者银(Ag)等红外热反射率高的金属材料制作反射层130，同样可以高效地将发热电极400产生的热量反射回去。
[0051]另外，在本实施方式中，衬底110可以采用单晶硅。由于单晶硅衬底耐高温，且可以隔离热，这样，可以减小红外光源对外围器件的影响。而且，制备单晶硅的技术是现有成熟的技术，保证了本实施方式的可行性。
[0052]本发明的第二实施方式涉及一种红外光源，具体如图3所示。第二实施方式在第一实施方式的基础上作了进一步改进，主要改进之处在于:在本发明第二实施方式中，支撑结构300包括多个支撑柱310，支撑柱310位于发热电极400的正下方。由于红外光源面积较大，当发热电极400形成在架空的支撑结