一種基于納米結構的紅外光源芯片的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及紅外技術領域，特別是一種基于納米結構的紅外光源芯片。
【背景技術】
[0002]紅外技術在大氣環境監測、工業生產安全及控制、信息通信等方面有著重要的應用價值。同時，它還用于目標跟蹤和識別，廣泛應用于軍事領域。紅外光源是紅外技術應用的重要元件。目前，紅外光源主要有紅外發光二極管、紅外激光器和熱輻射紅外光源。傳統的熱輻射光源如白熾燈，其電光轉換效率低、調制特性差；而紅外二極管的輸出功率很低，限制了應用范圍；紅外激光器能夠發射高強度窄帶紅外激光，但其制造成本高昂。利用微機電系統(MEMS)技術制作的MEMS紅外光源可實現快調制特性，具有電光轉化效率高、體積小、能耗低等特點，因此被廣泛地工程化應用。MEMS紅外光源表面紅外發射率是光源性能的一個重要指標，但目前工程化應用的紅外光源表面發射率基本都是灰體輻射(輻射率小于I)，如何制備出耐高溫和抗氧化的黑體輻射表面(輻射率接近于I)，同時與MEMS工藝兼容的材料成為改善MEMS紅外光源的當務之急。
[0003]中國專利CN103500788A公開一種可集成的納米結構紅外光源，利用MEMS/CMOS工藝，對非晶硅表面進行納米修飾加工，形成錐狀納米結構，再對錐狀納米結構進行TiN鍍層加工；最后采用正面XeF2釋放技術，對硅襯底進行深硅刻蝕，分離窄帶紅外光源與硅襯底的接觸，減小熱量在硅絲歐姆發熱過程中的損耗，提高光源的工作功率。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種基于納米結構的紅外光源芯片。
[0005]本發明設有襯底、支撐層、電加熱層、納米結構輻射層、金屬電極；
[0006]所述納米結構輻射層采用緊密排列的多孔納米結構，納米結構輻射層覆蓋在電加熱層表面，納米結構輻射層用于輻射紅外射線，電加熱層設于支撐層上方，電加熱層用于對納米結構輻射層傳遞熱量；所述支撐層、電加熱層、納米結構輻射層均懸浮在襯底上方并形成懸浮橋面結構；襯底呈框架結構并為支撐層、電加熱層、納米結構輻射層提供支撐。
[0007]所述襯底可采用硅基襯底，所述硅基襯底可采用硅方形框架襯底，可利用微電子體硅加工技術在硅片上制備出中空的方形框架結構。
[0008]所述支撐層可采用薄膜支撐層，所述薄膜可以是硅薄膜、氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、氧化硅與氮化硅復合薄膜等中的一種；支撐層主要與電加熱層相連接，對電加熱層提供一定的支撐。
[0009]所述電加熱層可采用半導體材料電加熱層或金屬電阻絲電加熱層；所述電加熱層制作在支撐層的上方，采用物理或化學的方法沉積一層半導體薄膜做為電加熱層，并對半導體材料進行摻雜，使其具有電阻加熱特性，在摻雜后的半導體薄層上制備一層氧化硅或氮化硅作為保護；若采用金屬電阻絲電加熱層結構，則不需要摻雜處理，可直接通電加熱；電加熱層表面結構為緊密直立排列的納米結構，納米結構可以是納米孔或納米棒結構，其深徑比(納米孔深度與直徑比)可為I?500。半導體材料可采用硅、多晶硅或各種金屬氧化物半導體材料；金屬氧化物半導體材料如:氧化鋁，二氧化鈦、二氧化錫、三氧化鐵、氧化鋅、氧化鎢、氧化鎳、氧化銅等。金屬電阻絲的材料可采用銅、鉑、鋁、鈦、鎢等金屬。
[0010]所述納米結構輻射層可采用金屬氧化物薄層，其表面為緊密排列納米多孔或納米棒的金屬氧化物納米結構，納米結構輻射層的制作材料可采用鈦(Ti)、釩(V)、鈮(Nb)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉭(Ta)、鋯(Zr)、鉿(Hf)等過渡金屬形成的金屬氧化物半導體。制備方法可以為電化學陽極氧化、模板合成法或水熱合成法等。在本發明中主要選用納米深孔結構作為輻射層，當然也可以采用緊密排列的納米棒結構，在這里以納米深孔結構的制作作為說明。先采用物理或化學的方法在電加熱層上方制作一層金屬層，再通過電化學的方法在表面制備出緊密排列的深孔納米結構的金屬氧化物薄層。
[0011]所述電極可采用物理方法制作在電加熱層的兩端，電極可采用金電極、鉑電極或銷電極等。
[0012]在本發明中，采用緊密排列的納米深孔薄膜結構作為輻射層輻射紅外射線，采用電化學陽極氧化的方法制備納米結構輻射層，通過控制反應時間就可以控制孔徑大小以及孔的深度。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明實施例的俯視結構示意圖。
[0014]圖2為圖1的A-A剖面示意圖。
【具體實施方式】
[0015]以下實施例以金屬鈦和多晶硅材料為例結合附圖對本發明作進一步的說明。
[0016]參見圖1和2，本發明實施例設有襯底1、支撐層2、電加熱層3、納米結構輻射層4、金屬電極5。
[0017]所述納米結構輻射層4采用緊密排列的多孔納米結構，納米結構輻射層4覆蓋在電加熱層3表面，納米結構輻射層4用于輻射紅外射線，電加熱層3設于支撐層2上方，電加熱層3用于對納米結構輻射層4傳遞熱量；所述支撐層2、電加熱層3、納米結構輻射層4均懸浮在襯底I上方并形成懸浮橋面結構；襯底I呈框架結構并為支撐層2、電加熱層3、納米結構輻射層4提供支撐。
[0018]所述襯底I可采用硅基襯底，所述硅基襯底可采用硅方形框架襯底，可利用微電子體硅加工技術在硅片上制備出中空的方形框架結構。
[0019]所述支撐層2可采用薄膜支撐層，所述薄膜可以是硅薄膜、氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、氧化硅與氮化硅復合薄膜等中的一種；支撐層主要與電加熱層相連接，對電加熱層提供一定的支撐。
[0020]所述電加熱層3可采用半導體材料電加熱層或金屬電阻絲電加熱層；所述電加熱層3制作在支撐層的上方，采用物理或化學的方法沉積一層半導體薄膜做為電加熱層，并對半導體材料進行摻雜，使其具有電阻加熱特性，在摻雜后的半導體薄層上制備一層氧化硅或氮化硅作為保護；若采用金屬電阻絲結構則不需要摻雜處理，可直接通電加熱。
[0021]所述納米結構輻射層4可采用金屬氧化物薄層，其表面為緊密排列納米多孔或納米棒的金屬氧化物納米結構，納米結構輻射層4的制作材料可采用鈦(Ti)、釩(V)、鈮(Nb)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉭(Ta)、鋯(Zr)、鉿(Hf)等過渡金屬。在本發明中主要選用納米深孔結構作為輻射層，當然也可以采用緊密排列的納米棒結構，在這里以納米深孔結構的制作作為說明。先采用物理或化學的方法在電加熱層3上方制作一層金屬層，再通過電化學的方法在表面制備出緊密排列的深孔納米結構的金屬氧化物薄層。
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