一种MEMS红外光源及其制作方法技术

本发明专利技术公开一种MEMS红外光源及其制作方法，MEMS红外光源包括衬底、支撑层、第一热敏电阻层、介质层、第二热敏电阻层、隔离保护层、加热电阻层和辐射层，本发明专利技术中利用第一热敏电阻层和第二热敏电阻层中的一层热敏电阻层作为温度传感器，直接在外界通过热敏电阻层的阻值变化测量MEMS红外光源的辐射区温度变化；利用另一层作为温度补偿性能，在一定温度范围内于外围的补偿回路中抵消温漂产生的误差，即本发明专利技术提供的MEMS红外光源能够在实时监测温度漂移的同时进行实时温度补偿，从而提高MEMS红外光源的测量线性度，避免器受外界环境影响。所述制作方法，便于与红外光源内部芯片工艺兼容，减小了工艺难度。

MEMS infrared light source and manufacturing method thereof

The invention discloses a MEMS infrared light source and its producing method, MEMS infrared light source includes a substrate, a supporting layer, a first thermistor layer, a dielectric layer, second thermistor layer, a protective layer, a heating resistance layer and the radiation layer, the invention makes use of a thermistor thermistor layer of the first layer and the second layer thermistor as temperature sensor, temperature measurement by radiation zone MEMS infrared light source resistance variation of the thermal resistor layer directly on the outside; the other layer as the temperature compensation performance, error cancellation loop in a certain temperature range in the periphery of the temperature drift of the MEMS infrared light source provided by the invention can real-time temperature compensation in the real-time monitoring of temperature drift at the same time, so as to improve the MEMS infrared light source measuring linearity, avoid the influence of external environment. The manufacturing method is convenient to be compatible with the internal chip technology of the infrared light source, thereby reducing the technical difficulty.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及红外光源
，尤其涉及一种MEMS(MicroElectroMechanicalSystems，微机电系统)红外光源及其制作方法。
技术介绍
红外技术在国防、信息技术与通讯、污染监测、温度调控、医学等领域得到广泛应用。作为红外技术应用的重要部件，红外光源的研究得到越来越多的关注。红外光源的一个重要应用是红外气体传感器。目前，MEMS红外光源广泛应用于NDIR(non-dispersiveinfra-red，非色散红外)系统中，通过加热电阻产生焦耳热对黑体辐射层进行加热，使黑体辐射层发射出热辐射红外光，红外光经过待测气体时被吸收发生衰减，通过对比衰减前后的光强计算出待测气体的浓度。由于黑体辐射产生的红外光谱取决于辐射温度，因此红外光源的温度变化对NDIR系统中传感器的测量结果有显著影响。目前NDIR系统普遍在远离光源的探测器端放置温度传感器，当光源温度发生变化时，探测器端的温度传感器将始终存在一个滞后效应，导致温度传感器测量结果的基线发生漂移，影响测量的稳定性和精度。目前的红外光源器件往往仅有加热发光功能，如果温度传感器仅是安装在红外光源器件的附近，所测量的温度变化会存在反应滞后、非线性等问题，因此，要实现对红外光源发光状态的实时监控，需要在红外光源最核心的芯片上集成温度传感器。但现有技术中的红外光源将温度传感器集成在红外光源的芯片上时，存在线性度较差，并且受外界环境影响较大的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种MEMS红外光源及其制作方法，以解决现有技术中红外光源将温度传感器集成在红外光源的芯片上时，存在线性度较差，并且受外界环境影响较大的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：经由上述的技术方案可知，本专利技术提供的MEMS红外光源包括衬底、支撑层、第一热敏电阻层、介质层、第二热敏电阻层、隔离保护层、加热电阻层和辐射层，其中，第一热敏电阻层和第二热敏电阻层中的其中一层为温度传感器，另一层为温度补偿传感器，本专利技术中利用一层热敏电阻层作为温度传感器，直接在外界通过所述热敏电阻层的阻值变化测量MEMS红外光源的辐射区温度变化；利用另一层的温度补偿性能，在一定温度范围内于外围的补偿回路中抵消温漂产生的误差，即本专利技术提供的MEMS红外光源能够在实时监测温度漂移的同时进行实时温度补偿，从而提高MEMS红外光源的测量线性度，避免器受外界环境影响，进而提高了NDIR系统的探测精度、准确性和分辨率，在NDIR气体传感领域有应用前景。另外，本专利技术还提供一种MEMS红外光源制作方法，由于所述MEMS红外光源的各个结构的制作均与CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)工艺兼容或均采用MEMS工艺制作，从而便于与MEMS红外光源内部芯片的制作工艺兼容，减小了MEMS红外光源的制作工艺难度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的MEMS红外光源的俯视图；图2为沿图1中AA’线的MEMS红外光源的剖面图；图3为本专利技术实施例提供的一种MEMS红外光源制作方法的流程图；图4-图16为本专利技术提供的MEMS红外光源制作工艺步骤示意图；图17为本专利技术实施例提供的MEMS红外光源外围电路示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。现有技术中提供的一种红外光源，在支撑膜上方制作图形化的第一金属薄膜作为温度传感器，两端分布的两点作为输出引线点；在绝缘层上方制作图形化的第二金属薄膜作为加热源，上下分布的两个点作为接线点。现有技术中提供的红外光源利用了铂金属热敏电阻的温度传感的性质，实时监测光源辐射区的温度变化，但是并不能进行实时的温度补偿，从而造成测量时线性度较差，受外界环境影响较大。基于此，本专利技术提供一种MEMS红外光源，请参见图1和图2，其中，图1为本专利技术提供的MEMS红外光源的俯视图，图2为沿图1中AA’线的MEMS红外光源的剖面图，所述MEMS红外光源包括：衬底1；位于衬底1表面的支撑层(图2中的2和3所示)；位于支撑层背离衬底1表面的中心区域，沿背离衬底1的方向依次层叠设置的第一热敏电阻层102、介质层103和第二热敏电阻层104，介质层103用于电隔离第一热敏电阻层102和第二热敏电阻层104；位于第二热敏电阻层104背离支撑层表面的隔离保护层5；位于隔离保护层5背离第二热敏电阻层104表面的加热电阻层105；位于加热电阻层105背离隔离保护层5表面的辐射层6；其中，第一热敏电阻层102和第二热敏电阻层104中的其中一层为温度传感器，另一层为温度补偿传感器。需要说明的是，本实施例中不限定第一热敏电阻层102和第二热敏电阻层104中具体哪一层为温度传感器，哪一层为温度补偿传感器，本实施例中可以依据实际需求进行选择。请参见图1，支撑层上还包括贯穿支撑层的四个隔离槽101，四个隔离槽101在支撑层上组成矩形，隔离槽101将支撑层分割为中心区域和边缘区域，边缘区域和中心区域在矩形的顶角处连接。请参见图2，衬底1还包括空腔结构106，空腔结构106贯穿衬底1，且与支撑层上边缘区域所围的区域对应，也即，中心区域和隔离槽，以及隔离槽围城的矩形的顶角的下方均为空腔结构106，从而使得支撑层上的中心区域上的第一热敏电阻层102、介质层103、第二热敏电阻层104、隔离保护层5、加热电阻层105和辐射层6悬空，形成四梁固支结构，隔离槽101组成的矩形的各个顶角分别对应四个梁。本实施例中采用四梁固支悬浮结构，可以释放红外光源芯片边缘的集中热应力，并起到阻隔热传导的作用，降低结构应力，有效减少热传导损耗，提高光源的电光转换效率。为了方便外围电路与内部温度传感器、温度补偿传感器和加热电阻层相连，可选的，在支撑层的边缘区域背离衬底1的表面还设置有两个第一热敏电阻层接线点、两个第二热敏电阻层接线点和两个加热电阻层接线点，两个第一热敏电阻层接线点与第一热敏电阻层电性连接，两个第二热敏电阻层接线点与第二热敏电阻层电性连接，两个加热电阻层接线点与加热电阻层电性连接。需要说明的是，本实施例中不限定各个接线点的位置安排，可选地，两个第一热敏电阻层接线点分别位于隔离槽组成的矩形的对角线上的两个顶点位置；两个第二热敏电阻层接线点也分别位于隔离槽组成的矩形的对角线上的两个顶点位置；两个加热电阻层接线点同样分别位于隔离槽组成的矩形的对角线上的两个顶点位置，具体位置可参见图1所示，相同的接线点位于相对的两个梁上，在本专利技术的其他实施例中，相同的接线点还可以位于相同侧的两个梁上，本实施例中对此不做限定。本实施例中第一热敏电阻层102、第二热敏电阻层104和加热电阻层105在支撑层上的投影均为蛇形结构。其中，蛇形结构的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MEMS红外光源，其特征在于，包括：衬底；位于所述衬底表面的支撑层；位于所述支撑层背离所述衬底表面的中心区域，沿背离所述衬底的方向依次层叠设置的第一热敏电阻层、介质层和第二热敏电阻层，所述介质层用于电隔离所述第一热敏电阻层和第二热敏电阻层；位于所述第二热敏电阻层背离所述支撑层表面的隔离保护层；位于所述隔离保护层背离所述第二热敏电阻层表面的加热电阻层；位于所述加热电阻层背离所述隔离保护层表面的辐射层；其中，所述第一热敏电阻层和所述第二热敏电阻层中的其中一层为温度传感器，另一层为温度补偿传感器。

【技术特征摘要】
1.一种MEMS红外光源，其特征在于，包括：衬底；位于所述衬底表面的支撑层；位于所述支撑层背离所述衬底表面的中心区域，沿背离所述衬底的方向依次层叠设置的第一热敏电阻层、介质层和第二热敏电阻层，所述介质层用于电隔离所述第一热敏电阻层和第二热敏电阻层；位于所述第二热敏电阻层背离所述支撑层表面的隔离保护层；位于所述隔离保护层背离所述第二热敏电阻层表面的加热电阻层；位于所述加热电阻层背离所述隔离保护层表面的辐射层；其中，所述第一热敏电阻层和所述第二热敏电阻层中的其中一层为温度传感器，另一层为温度补偿传感器。2.根据权利要求1所述的MEMS红外光源，其特征在于，所述支撑层上还包括贯穿所述支撑层的四个隔离槽，四个所述隔离槽在所述支撑层上组成矩形，所述隔离槽将所述支撑层分割为中心区域和边缘区域，所述边缘区域和所述中心区域在所述矩形的顶角处连接。3.根据权利要求2所述的MEMS红外光源，其特征在于，所述衬底还包括空腔结构，所述空腔结构贯穿所述衬底，且与所述支撑层上边缘区域所围的区域对应，使得所述支撑层上的中心区域上的所述第一热敏电阻层、所述介质层、所述第二热敏电阻层、所述隔离保护层、所述加热电阻层和所述辐射层悬空。4.根据权利要求3所述的MEMS红外光源，其特征在于，所述支撑层的边缘区域背离所述衬底的表面还设置有两个第一热敏电阻层接线点、两个第二热敏电阻层接线点和两个加热电阻层接线点，所述两个第一热敏电阻层接线点与所述第一热敏电阻层电性连接，所述两个第二热敏电阻层接线点与所述第二热敏电阻层电性连接，所述两个加热电阻层接线点与所述加热电阻层电性连接。5.根据权利要求4所述的MEMS红外光源，其特征在于，所述第一热敏电阻层、所述第二热敏电阻层和所述加热电阻层在所述支撑层上的投影均为蛇形。6.根据权利要求1所述的MEMS红外光源，其特征在于，所述第一热敏电阻层和所述第二热敏电阻层的材质相同。7.根据权利要求6所述的MEMS红外光源，其特征在于，所述第一热敏电阻层和所述第二热敏电阻层的材质包括铂或氧化锰。8.根据权利要求1所述的MEMS红外光源，其特征在于，所述加热电阻层为单层金属薄膜，所述金属薄膜的材质为铜、铂、铝、钛、金或钨。9.根据权利要求1所述的MEMS红外光源，其特征在于，所述加热电阻层为金属复合结构。10.根据权利要求1所述的MEMS红外光源，其特征在于，所述支撑层为氧化硅层、氮化硅层、或氮化硅和氧化硅组...

【专利技术属性】
技术研发人员：明安杰，刘卫兵，孙西龙，王玮冰，陈大鹏，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11