具有嵌入式加热元件的热发射器制造技术

本公开总体上涉及具有嵌入式加热元件的热发射器。热发射器(1)包括由基底(3)支撑的独立膜(2)，其中独立膜(2)在横向延伸中包括中心区段(2

【技术实现步骤摘要】
具有嵌入式加热元件的热发射器


[0001]本公开的实施例涉及发射器，例如具有嵌入式加热元件的红外发射器。本公开还涉及具有嵌入式加热元件和等离子体结构的MEMS红外辐射源。因此，实施例涉及提供红外(IR)辐射源，即IR或热发射器的技术。

技术介绍

[0002]在感测周围大气中的环境参数，诸如噪声、声音、温度和气体时，例如环境气体组件在移动设备、诸如智能家居的家庭自动化以及汽车行业内实现适当传感器时越来越重要。有害气体浓度可能由于污染和/或某些设备的故障而产生。但是，人或动物的健康受到空气质量的强烈影响。因此，通过廉价、始终可用和连接的传感器在环境大气中进行气体检测将成为未来的话题。
[0003]在监视我们环境中的空气质量方面，存在多种类型的气体感测概念，例如，非分散红外(NDIR)传感器、化学传感器和光声传感器(PAS＝光声光谱法)。经常使用的传感器效应是基于某种波长的(红外)光对介质中气体分子的激发。但是，由于其复杂的设置或特殊的组件，当前可用的NDIR或PAS系统相对昂贵。此外，与单波长或包含滤波器的光学系统相比，化学传感器显示出相对较差的选择性。典型的光学传感器，例如PAS传感器，包括辐射源、用于波长选择的滤波器元件、检测器和样本区域，在样本区域处，光源与检测器之间的光与环境介质相互作用。
[0004]当前针对红外或中红外辐射的热发射器通常是具有金属加热元件(诸如钨或铂)的小型灯泡或MEMS发射器。具有金属加热器的表面微加工或MEMS发射器通常被限于600℃以下的操作温度，用于防止性能退化。这导致光输出功率的显著降低。金属导体通常具有非常低的发射率，进一步导致输出降低。电流发射器的热质量高，导致其切换速度慢。此外，热阻低，导致能量效率降低(＝每瓦特输入功率的温度上升较小)。
[0005]随着气体传感器的日益广泛使用，特别需要能够尽可能便宜地生产这样的具有热发射器的气体传感器，从而具有成本效益。但是，仍应保持或甚至提高气体传感器的可靠性和准确性。
[0006]通常，在传感器领域中，需要例如针对气体传感器或流体传感器来提供热发射器的方法，热发射器具有相对较高的热阻(＝低热质量)来实现相对较高的能源效率(＝每输入电功率增量的较高光输出功率增量＝每瓦特输入功率的高温度增量)并且可以在较高的操作温度下操作。
[0007]这样的需求可以通过根据权利要求1所述的热发射器来解决。此外，在从属权利要求中限定了流体传感器的具体实现方式。
[0008]因此，本公开描述了可能的热发射器，热发射器例如可以是能够同时感测环境大气的至少一个成分的MEMS气体或流体传感器的一部分。针对红外或中红外辐射的热发射器可以被用于具有IR辐射源的任何MEMS器件中。

技术实现思路

[0009]根据一个实施例，热发射器可以包括由基底支撑的独立膜，其中独立膜在横向延伸中包括中心区段、传导中间区段和边界区段，其中传导中间区段横向地围绕中心区段并且与中心区段电隔离，传导中间区段包括被包封在绝缘材料中的导电半导体材料，以及其中边界区段至少部分地围绕中间区段并且与传导中间区段电隔离，其中穿孔穿过边界区段而形成。
[0010]根据另一实施例，MEMS气体或流体传感器可以包括上述用于发射热辐射的热发射器、具有目标气体或目标流体并且针对所发射的热辐射来提供光学相互作用路径的测量体积以及声学换能器或(直接)热检测器，声学换能器或(直接)热检测器用于基于所发射的热辐射与测量体积中的目标气体或目标流体的光学相互作用来提供检测器输出信号。
[0011]在从属权利要求中描述了进一步的实施例。
附图说明
[0012]在下文中，将在参考附图的同时在以下描述实施例，在附图中：
[0013]图1a示出了根据一个实施例的热发射器的示意性俯视3D视图；
[0014]图1b示出了根据一个实施例的热发射器的示意性(侧向)温度曲线；
[0015]图2示出了根据一个实施例的热发射器的示意性仰视3D视图；
[0016]图3a示出了根据一个实施例的热发射器的示意性局部俯视图；
[0017]图3b示出了根据一个实施例的热发射器的沿图3a的热发射器的虚线相交线A的示意性截面局部视图；
[0018]图4a示出了根据一个实施例的热发射器的示意性局部俯视图；
[0019]图4b示出了根据一个实施例的热发射器的沿图4a的热发射器的虚线相交线B的示意性局部截面图；
[0020]图5a示出了根据一个实施例的具有完全嵌入式等离子体结构的热发射器的示意性截面局部视图；
[0021]图5b示出了根据一个实施例的具有部分嵌入式等离子体结构的热发射器的示意性截面局部视图；
[0022]图5c示出了根据一个实施例的具有至少部分暴露的等离子体结构的热发射器的示意性局部截面图；
[0023]图5d示出了根据一个实施例的具有等离子体谐振器的热发射器的示意性局部截面图；
[0024]图6a示出了根据一个实施例的MEMS气体或流体传感器的示意性截面图；以及
[0025]图6b示出了根据一个实施例的MEMS气体或流体传感器的示意性截面图。
[0026]在使用附图进一步详细讨论本实施例之前，需要指出的是，在附图和说明书中，相同的元素和具有相同功能和/或相同技术或物理效果的元素通常被提供有相同的附图标记或者以相同的名称来标识，使得在不同实施例中对这些元素及其功能的描述可以相互交换或者可以在不同实施例中彼此应用。
具体实施方式
[0027]在以下描述中，将详细讨论实施例，但是，应当理解，实施例提供了可以在各种热发射器中体现的许多可应用的概念。所讨论的特定实施例仅是用于实现和使用本概念的特定方式的例示，并且不限制实施例的范围。在以下实施例的描述中，相同或相似的元素或具有相同功能的元素被提供相同的附图标记或以相同的名称来标识，并且对具有相同附图标记或以相同名称标识的元素的重复描述通常被省略。在以下描述中，阐述了多个细节来提供对本公开的实施例的更彻底的解释。
[0028]然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践其他实施例。在其他实例中，公知的结构和设备以框图的形式示出而不是被详细示出，以避免使得本文所述的示例不清楚。附加地，除非另外特别指出，否则本文描述的不同实施例的特征可以被彼此组合。
[0029]应当理解，当一个元素被称为被“连接”或“耦合”到另一元素时，它可以被直接连接或耦合到另一元素，或者可以存在中间元素。相反，当一个元素被称为“直接”连接到另一元素，不存在中间元素。用于描述元素之间关系的其他术语应(例如，“在...之间”与“直接在...之间”、“相邻”与“直接相邻”以及“在...上”与“直接在...上”等)以类似的方式来解释。
[0030]为了便于描述不同的实施例，附图包括笛卡尔坐标系x，y，z，其中x
‑
y平面对应于(即，平行于)基底的第一主表面区域(＝参考平面＝x
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热发射器(1)，包括：由基底(3)支撑的独立膜(2)，其中所述独立膜(2)在横向延伸中包括中心区段(2
‑
1)、电传导中间区段(2
‑
2)和边界区段(2
‑
3)，其中所述传导中间区段(2
‑
2)横向地围绕所述中心区段(2
‑
1)并且与所述中心区段(2
‑
1)电隔离，所述传导中间区段(2
‑
2)包括被包封在绝缘材料中的导电半导体材料，以及其中所述边界区段(2
‑
3)至少部分地围绕所述中间区段(2
‑
2)并且与所述传导中间区段(2
‑
1)电隔离，其中穿孔(4)穿过所述边界区段(2
‑
3)而形成。2.根据权利要求1所述的热发射器，其中所述独立膜(2)作为与所述基底(3)的主表面区域(3
‑
1)平行的层堆叠而延伸，其中所述层堆叠包括导电半导体层，所述导电半导体层被包封在具有所述绝缘材料的封装层中。3.根据权利要求1或2所述的热发射器，其中所述传导中间区段(2
‑
2)形成由所述中心区段(2
‑
1)分隔的分支电流路径。4.根据前述权利要求中任一项所述的热发射器，其中所述独立膜(2)的所述传导中间区段(2
‑
2)包括重掺杂半导体层，所述重掺杂半导体层被包封在所述绝缘材料中，其中所述导电半导体材料包括多晶硅或单晶硅，并且其中所述绝缘材料包括氮化硅。5.根据前述权利要求中任一项所述的热发射器，其中所述独立膜(2)的所述传导中间区段(2
‑
2)在所述独立膜(2)的两个横向相对边缘区域(5
‑
1、5
‑
2)之间延伸。6.根据前述权利要求中任一项所述的热发射器，其中所述独立膜(2)的所述传导中间区段(2
‑
2)包括在所述独立膜(2)的多个相关联边缘区域(5
‑
1，5
‑
2，
…
，5
‑
n)之间延伸的多个导体臂(2
‑2‑
1，2
‑2‑
2，
…
，2
‑2‑
n)，其中所述独立膜(2)的所述传导中间区段(2
‑
2)的所述多个臂(2
‑2‑
1，2
‑2‑
2，
…
，2
‑2‑
n)和所述边缘区域(5
‑
1，5
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：