[发明专利]一种窄带热辐射器及其制作方法

说明书

本发明涉及一种窄带热辐射器及其制作方法，其中窄带热辐射器包括硅基体，硅基体的表面通过刻蚀形成周期性排布的图形阵列，图形的底面以及侧面沉积有二硅化钛薄膜，二氧化硅薄膜覆盖二硅化钛薄膜以及裸露的硅基体表面。本发明所设计的窄带热辐射器采用硅基工艺制作而成，兼容性强，适合量产；采用二硅化钛薄膜可以获得极窄的红外光谱，二硅化钛薄膜与硅具有良好的接触特性，可以增强高温稳定性；又通过覆盖二氧化硅薄膜作为保护层进一步提高了器件的工作温度，令整个窄带热辐射器的热稳定性更加理想。

技术领域：

本发明涉及光谱技术领域，尤其涉及红外热辐射技术领域，具体指一种窄带热辐射器及其制作方法。

背景技术：

传统的热辐射器一般由碳化硅、氮化硅和石墨等材料制备，虽然这些材料具有发射率高、制备工艺成熟等优势，但它们的辐射光谱均属于灰体辐射，光谱能量分布较广。相比之下，选择性辐射器在热平衡态下的辐射光谱集中在一个或几个波段上，是一种重要的光谱控制器件。其中，窄谱高辐射率的红外热辐射器在生物传感器、太阳电池、热光电器件等各种应用中都有着广泛的应用前景。

研究发现，物体的表面微观结构会强烈影响其热辐射行为。由此，人们设计了多种方法来实现窄带、高定向热辐射。例如具有纹理的金属表面、二维金属光子晶体甚至三维立体周期结构等。近年来，基于硅衬底的窄带热辐射器由于具有与硅基工艺兼容、可以和微型热板MEMS器件相结合等优点，受到了人们的广泛关注。其基本结构是在周期性硅表面沉积金属薄膜，通过周期性结构实现选择性辐射，而表面的金属层可以反射硅衬底的长波辐射，从而获得极窄的热辐射光谱。

但是，基于硅衬底的窄带热辐射器在高温下工作时，金属材料容易氧化，或与硅发生反应，使得硅/金属微结构器件在高温下存在热、化学稳定性差的问题，有鉴于此，本案由此而生。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：设计一种硅衬底窄带热辐射器，提高其高温下的工作稳定性。为了实现上述目的，本发明首先提供一种窄带热辐射器结构，其次还提供该窄带热辐射器的制作方法。其中，该窄带热辐射器所采用的技术方案为：

一种窄带热辐射器，包括硅基体，所述硅基体的表面刻蚀形成周期性排布的图形阵列，图形的底面以及侧面沉积有二硅化钛薄膜，二氧化硅薄膜覆盖二硅化钛薄膜以及裸露的硅基体表面。

所述二硅化钛薄膜的厚度为10纳米～100纳米。

所述二氧化硅薄膜的厚度为10纳米～80纳米。

所述图形的排布周期为1微米～2微米。

所述图形阵列中的每个图形尺寸相同，图形底面处的二氧化硅薄膜表层至硅基体表面处的二氧化硅薄膜表层的高度为0.2微米～0.8微米。

所述相邻图形的间距为0.2微米～0.7微米。

所述图形为正方形或长槽形结构。

上述窄带热辐射器的制作方法为：

(1)在硅基体表面热氧化形成二氧化硅薄膜；

(2)在步骤(1)中二氧化硅薄膜上涂覆光刻胶，并用光刻掩膜版曝光、显影形成平面图形；

(3)对平面图形处的二氧化硅薄膜以及二氧化硅薄膜下的硅进行刻蚀，形成周期性排布的图形阵列；

(4)在步骤(3)刻蚀后的硅基体表面沉积金属钛薄膜；

(5)退火形成二硅化钛薄膜，保留图形底面以及侧面的二硅化钛薄膜，去除未反应的金属钛薄膜以及去除硅基体剩余位置处的二硅化钛薄膜和二氧化硅薄膜；

(6)在经过步骤(5)后的硅基体表面沉积二氧化硅薄膜，令二氧化硅薄膜覆盖硅基体表面以及二硅化钛薄膜。