[发明专利]电调制MEMS 红外光源及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及红外技术领域，特别涉及一种电调制微电子机械系统（MEMS）红外光源及其制备方法。 

背景技术

红外传感技术为二十一世纪技术研究的一个重要领域，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。 

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。在传统的红外探测中，红外灯泡加机械斩波器的光源调制模式已远不能满足仪器发展趋势的需要，研制成本低廉、性能优良的可直接电调制红外辐射单元，成为了红外传感体系的研究重点和热点。在气体的红外探测中，要求可直接电调制的热辐射单元有一定的波长辐射范围，尽可能大的辐射强度和一定的调制频率。传统的红外灯泡或是厚金属薄片制作的红外辐射源一般仅有几个赫兹的调制频率，比较窄的波段覆盖范围，已经远不能满足多气体测量测量系统的需求，为进一步改善红辐射源的性能，提高调制频率，结合MEMS工艺，选择具有小的热质量材料和合适结构的辐射单元自80年代开始发展起来。 

早期的电调制光源通过电脉冲加热，并通过光源与紧邻的周围环境之间的热传导实现冷却。因此，光源温度的调制很微弱，一般只有1－10K的温差。对于探测器而言，红外线（Infra-red，简称“IR”）信号非常微弱，因而测量的灵敏度和精度大大下降，并且，存在大的1/f噪声。另外，这种条件下光源的加热与冷却的物理条件并没有很好的定义，因此想要预先计算设计相应大小的IR信号对应的光源变得更加困难。 

针对传导散热存在的上述问题，利用辐射自冷却的红外光源研究应运而生。与传导散热相比，辐射散热不需要通过介质实现，因而具有瞬时响应的优点。 

与传统光源相比，利用辐射自冷却的红外光源采用热激发电调制的方式，省去了传感体系中的斩波器，在成本、体积、电源功率以及电路复杂性上都有了很大的改进，由于斩波器导致的系统稳定性下降问题也有了很好的解决。弥补了激光及LED产品的单波长辐射的缺点，对探测物质种类的限制大大减小，可用于提高传感体系的准确度。另外，该光源由于与MEMS工艺兼容，且适合大批量生产，具有成本低廉，性能一致的优点。 

目前国内外对红外气体传感器的研究非常活跃，多是结合MEMS工艺技术，研制体积更小，性能更优，并能与IC工艺兼容，实现大批量廉价生产的红外微型光源。例如，德国的微传感执行器和系统研究所、波兰的化学研究所、瑞士的微系统所等在设计可直接调制的红外辐射源时，结合现有的MEMS工艺技术，利用薄金属片或是半导体薄膜作为发热电阻灯丝加工得到;英国卡文笛许实验室采用电子束光刻和反应离子刻蚀（Reactive Ion Etching，简称“RIE”）技术实现光谱控制，在调制频率和电能转换功率上取得了较大成功；美国的伯克利Berkeley、加利福利亚California大学分分别采用重掺杂多晶硅和硅电阻丝作为源的灯丝材料，利用阵列技术，得到运作温度达到1500K，调制频率可到30kHz，最大辐射功率可以达到200mW的调制源。国 内也已开展微辐射源的研制，如直接利用硅桥作为发热电阻，或者薄膜电阻的阵列结构，但由于硅材料本身的局限性和薄膜电阻制作工艺的复杂性，导致器件的性能和成品率并不理想。虽然各国就电调制红外辐射源的MEMS化做了大量研究，但仍停留在实验室研究状态，在技术上尚有许多空白亟待研究，至于器件的最终商品化还需要作大量工作。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种电调制MEMS红外光源及其制备方法，使得电调制MEMS红外光源的结构稳固，性能稳定。 

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种电调制MEMS红外光源，包含：衬底、支撑薄膜层、发热电极； 

其中，所述支撑薄膜层覆盖于所述衬底之上，所述衬底与所述支撑薄膜层的连接采用四边固支结构； 

所述发热电极固定在所述支撑薄膜层之上，位于所述衬底中间被挖空的部分。 

本发明的实施方式还提供了一种电调制MEMS红外光源的制备方法，包含以下步骤： 

提供衬底； 

在所述衬底上制备支撑薄膜层； 

在所述支撑薄膜层上制备发热电极； 

体硅刻蚀，实现薄膜释放。