一种mems红外光源
技术领域
1.本实用新型涉及红外光源技术领域，尤其涉及一种mems红外光源。
背景技术：
2.基于红外光学原理的气体传感器是一种基于不同气体分子的近红外光谱选择吸收特性，利用气体浓度与吸收强度关系鉴别气体组分并确定其浓度的气体传感装置，具有检测范围广，检测量程大，抗干扰能力强等优点，但前提是必须具备稳定的红外辐射光源，传统的红外光源灯功耗大，体积大，性价比低，已经不能满足当前许多应用场景了，尤其是基于集成化半导体的检测领域。
3.当前红外光源在集成化领域的应用越来越广泛，比如非色散红外(ndir)气体传感器模块，传统的红外光源显示无法适应集成化领域，通过结合mems工艺来解决红外光源在半导体领域中的实现，通过加热电极对黑体辐射层进行加热，使其发射出广谱热辐射红外光；通常加热导体会采用金属膜制成，但是当采用整张金属膜时，结构比较稳定，但加热效率差；而通过图形化工艺，制成金属丝加热导体，加热效率提高，但在金属丝发热时，由于金属丝的热传导效率降低，导致不同位置的金属丝的热变形量不同，产生内应力容易导致金属丝断裂。
技术实现要素：
4.针对上述现有技术中的问题，本实用新型的目的在于提供一种mems红外光源，通过图形化工艺在支撑层上将pt金属膜设置成加热源，加热源的整体结构由多组并列且串联的电阻结构组成，不仅提高加热效率，还能够降低加热过程由于热形变量不同而导致导体断裂的风险，确保加热源的结构稳定性。
5.本实用新型是通过如下技术方案实现的：一种mems红外光源，包括发热层，所述发热层包括由pt金属膜作为导体制成的加热源以及设置在所述加热源两端的连接电极；所述加热源包括若干组并列设置且首尾串联的电阻结构，相邻所述电阻结构的连接端设置为一体化连接；每个所述电阻结构均包括至少两条并联设置的条形导体。通过制版、光刻、溅射或沉积等图形化工艺将pt金属膜制成加热源，整体结构一体化的形式能够提高结构的热稳定性，中部具有并联排列的条状导体结构，能够提高加热效率，加热效果好。
6.所述加热源在加热过程中，各部位的温度分布是不同的，各区域由温度产生的内应力不同，通过将所述加热源的中部区域加工成若干并列的条形导体，但整体依旧呈一体化的结构设置，降低由于内应力导致导体断裂的风险。
7.考虑光刻机的加工精度和材料的热应力以及热膨胀系数，进一步，相邻的所述条形导体之间的间隙不小于20μm。
8.进一步，所述连接电极由pt金属膜或au金属膜制成。所述连接电极作为焊接电极能够与外部电路连接，通过图形化工艺制成。
9.为了降低不同金属膜材料因受热过程使接触面间隙变大而导致的热接触阻值，应
确保所述连接电极与所述电阻结构的连接位置具有较大的宽度，进一步，所述连接电极与所述电阻结构的连接宽度不小于200μm。
10.为了能够提高热源的发射率，进一步，还包括设置在所述发热层上且能够覆盖所述加热源的黑体薄膜，所述连接电极设置在所述黑体薄膜的外围。所述黑体薄膜的材质为金黑薄膜、铂黑薄膜或碳黑薄膜，沉积在所述发热层上作为黑体辐射层。
11.结合mems工艺，进一步，还包括衬底层，所述衬底层上有支撑层，所述支撑层上设有钛黏附层，所述发热层通过图形化工艺设置在所述钛黏附层上。
12.进一步，所述衬底层的中部蚀刻形成空腔，所述空腔的覆盖面大于所述加热源。所述衬底层通过深槽工艺加工形成的空腔，阻断了热传导，减少了热量散失，降低传感器的功耗。
13.进一步，所述支撑层由两层复合物构成，上层氮化硅，起支撑作用；下层氧化硅，起绝热作用；
14.进一步，所述衬底层为双抛单晶硅。
15.进一步，所述支撑层采用 lpcvd沉积等方法制备，厚度为400-600nm。
16.本实用新型的有益效果为：本实用新型中采用的加热源结构不仅能够提高加热效率，可以为光源提供足够的热量，而且能够有效加热导体降低由于不同区域的热变形量不同而导致导体断裂的风险；提高了红外光源的稳定性，延长使用寿命；制备工艺较为简单，生产成本低，适于量产。
附图说明
17.图1为加热源的整体结构示意图。
18.图2为红外光源的结构示意图。
19.图3为衬底层的结构示意图。
20.图4为3v电压下加热源的温度分布图。
21.图5为加热源形变仿真测试图一。
22.图6为加热源形变仿真测试图二。
23.图7为加热源形变仿真测试图三。
24.其中，附图标记为：1、衬底层；11、空腔；2、支撑层； 21、氮化硅；22、氧化硅；3、钛黏附层；4、发热层；41、加热源；411、条形导体；42、连接电极；5、黑体薄膜。
具体实施方式
25.为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
26.参见图1-图4，本实用新型是通过如下技术方案实现的：一种mems红外光源，包括发热层4，发热层4包括由pt金属膜作为导体制成的加热源41以及设置在加热源41两端的连接电极42；加热源41包括若干组并列设置且首尾串联的电阻结构，相邻电阻结构的连接端设置为一体化连接；每个电阻结构均包括至少两条并联设置的条形导体411。通过制版、光刻、溅射或沉积等图形化工艺将pt金属膜制成加热源41，整体结构一体化的形式能够提高结构的热稳定性，中部具有并联排列的条状导体结构，能够提高加热效率，加热效果好。
27.如图4所示，加热源41在加热过程中，各部位的温度分布是不同的，整个导体的各
区域由温度产生的内应力不同，通过将加热源41的中部区域加工成若干并列的条形导体，但整体依旧呈一体化的结构设置，能够降低由于内应力导致导体断裂的风险。
28.如图5-图7所示，是加热源设置成不同图案时的形变仿真测试，测试条件为将加热层达到相同温度，仿真几何结构除电极图案不同，其余均相同；测试结果如下：图5中的最大变形量为109nm；图6中的最大变形量为173nm，且由于形变量过大，直接导致中间无空隙；图7中最大变形量为148nm；可以很明显看出本实用新型中加热源41所采用的图案在应对发热过程中产生的形变时效果更好。
29.考虑光刻机的加工精度和材料的热应力以及热膨胀系数，相邻的条形导体411之间的间隙不小于20μm。
30.连接电极42由pt金属膜或au金属膜制成。连接电极42作为焊接电极能够与外部电路连接，通过图形化工艺制成。
31.为了降低不同金属膜材料因受热过程使接触面间隙变大而导致的热接触阻值，应确保连接电极42与电阻结构的连接位置具有较大的宽度，连接电极42与电阻结构的连接宽度不小于200μm。
32.为了能够提高热源41的发射率，还包括设置在发热层4上且能够覆盖加热源41的黑体薄膜5，连接电极42设置在黑体薄膜5的外围。黑体薄膜5的材质为金黑薄膜、铂黑薄膜或碳黑薄膜，沉积在发热层4上作为黑体辐射层。
33.结合mems工艺，还包括衬底层1，衬底层1上有支撑层2，支撑层2上设有钛黏附层3，发热层4通过图形化工艺设置在所述钛黏附层3上。先用去胶机去除残留在支撑层2表面的多余光刻胶，刻蚀3分钟左右，然后溅射一层50nm的金属钛作为钛黏附层3，然后在钛黏附层3上溅射金属pt作为发热层4，钛黏附层3起到增加支撑层2与发热层4之间黏附性的作用。
34.衬底层1的中部蚀刻形成空腔11，空腔11的覆盖面大于加热层41的覆盖面。
35.衬底层1通过深槽工艺加工形成的空腔11，阻断了热传导，减少了热量散失，降低传感器的功耗。
36.支撑层2由两层复合物构成，所述支撑层由两层复合物构成，上层氮化硅21，起支撑作用；下层氧化硅22，起绝热作用。
37.衬底层1为双抛单晶硅。
38.支撑层2采用 lpcvd沉积等方法制备，厚度为400-600nm。
39.本实用新型通过半导体制造工艺制造的mems红外光源，集成度高，加热稳定，加热效率高，制造工艺简单，适合批量生产。
40.在本实用新型创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型创造的限制。
41.在本实用新型创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体
情况理解上述术语在本实用新型创造中的具体含义。
42.本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。