[发明专利]一种电磁感应加热热发射器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种电磁感应加热热发射器件，包括衬底、微桥结构、环形线圈、电极压脚；所述衬底内设有微孔，所述微桥结构悬空在微孔中，所述环形线圈置于微孔侧壁，所述电极压脚连接环形线圈。本发明提供的热发射器件，通过对环形线圈通电从而使感应金属薄膜被感应加热产生热发射，桥腿中无需制备金属层，从而降低了桥腿热导，提高了桥面温度；同时因无电迁移效应发生，提高了微桥寿命；此外，微桥温升与环形线圈中通过的电流大小相关，可通过增加环形线圈宽度与厚度的方式提高通过的电流，这种结构为获得更高的等效黑体温度提供了设计冗余。本发明提供的热发射器件可获得更高等效黑体温度，更长使用寿命的微辐射器件。

技术领域

本发明涉及MENS器件技术领域，尤其涉及一种电磁感应加热热发射器件及其制备方法。

背景技术

热发射器件是一种使结构中的辐射面加热到高温，从而在可见至红外波段可产生明显辐射的器件。该器件的核心是基于MEMS工艺制作的微桥。微桥表面尺寸一般小于100μm×100μm，厚度不超过2μm。微桥由位于中央的辐射面和支撑辐射面的两条或多条细长桥腿组成。微桥通常为三明治结构，即在两层介质中间夹一层作为电阻的金属材料。金属材料从微桥外通过其中一条桥腿延申至微桥桥面后从另一端伸出。当金属材料两端通电后，金属材料发热并将热量传导至微桥桥面，从而产生热发射。当桥面温度足够高时，其光谱可覆盖红外-可见波段。等效黑体温度是表征器件性能的重要指标，微桥桥面的温度越高，等效黑体温度也越高，因此提高微桥桥面温度是提高性能最有效手段。

为了能够获得更高的微桥桥面温度，通常采用的方法包括：

①采用牺牲层工艺，去除桥腿及桥面下的基底材料，使桥面在桥腿的支撑下处于悬浮状态，消除基底对微桥的热导，提高微桥桥面温度；

②延长微桥桥腿长度、减小微桥桥腿宽度，降低桥面的热导，提高微桥桥面温度；

③减小微桥厚度，特别是桥腿中加热金属材料的厚度，降低微桥桥腿热导，提高微桥桥面温度；

④将微桥置于真空环境中，降低空气热导，提高微桥桥面温度；

⑤提高通过金属材料的电流，增加微桥的热功率，提高微桥桥面温度。

方法①、②、③、④采取降低或减小热导的方式使微桥桥面温度提高，但实施时受加工工艺极限、材料结构强度及环境限制，其效果有限。方法⑤从根本上提高了微桥的功率，因此是提高微桥等效黑体温度最有效的方法。

但方法⑤的实施与方法②、③是相互矛盾的。延长微桥桥腿长度、减小微桥桥腿宽度及厚度会提高桥腿中加热金属材料的电阻占比，降低加热效率；其次，微桥桥腿中加热金属材料减薄后，受电迁移效应影响，微桥寿命会急剧降低，导致器件无法长期可靠使用，迫使加热金属材料实际可通过的电流远小于材料可耐受的最大电流，限制了微桥桥面的最高温度；第三，加热金属材料本身会提高桥腿热导，甚至成为主要热导，进一步降低了微桥的桥面温度；第四，为了与外部驱动电路匹配，需要选择电阻率较高的加热金属材料，从而限制了加热金属材料的选择范围。

发明内容

有鉴于此，为了克服现有微桥加热电阻材料存在的可施加电流受限、自身桥腿热导降低微桥温度、加热金属材料选择受限等问题，本发明提供了一种电磁感应加热热发射器件及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种电磁感应加热热发射器件，包括衬底、微桥结构、环形线圈、电极压脚；所述衬底内设有微孔，所述微桥结构悬空在微孔中，所述环形线圈置于微孔侧壁，所述电极压脚连接环形线圈。

进一步地，所述微桥结构包括桥面、桥腿，所述桥面从上至下依次包括上层微桥介质薄膜、感应金属薄膜、下层微桥介质薄膜，所述桥腿从上至下依次包括上层微桥介质薄膜、下层微桥介质薄膜；所述桥腿连接着桥面及衬底，使桥面悬浮在微孔中。

进一步地，所述环形线圈依次包括上层电绝缘介质薄膜、金属线圈、下层电绝缘介质薄膜。