红外光源及其制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种红外光源，尤其涉及一种带温度反馈功能的MEMS红外光源及其制作方法。
【背景技术】
[0002]红外光源广泛应用于非色散红外(NDIR)气体传感器模块中，通过加热电极对黑体辐射层进行加热，使其发射出广谱热辐射红外光，经红外滤波片滤光后出射特定波长的红外光，经过待测气体时被吸收发生衰减，根据比尔-朗伯定律:I = 1.exp(-yCL)对比衰减前后的光强计算出待测气体的浓度。其中，I为有气体吸收时到达探测器的红外光强，1为没有气体吸收时到达探测器的红外光强，C为腔室内的气体浓度，L为腔室长度或红外光光程，μ为气体的吸收系数。
[0003]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传感器的测量结果有显著影响。作为一个热相关器件，红外光源的温度变化主要来源于输入功率波动和外部散热环境变化。其中，功率波动因素常常在NDIR模块中通过电路实现实时监测。外部散热环境变化主要来自于NDIR模块中与红外光源相连的机械结构热传导、环境温度变化、空气流速变化等。目前NDIR模块普遍仅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，探测器端建立相应的热平衡时间较长，如果光源温度持续变化，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，影响探测的稳定性和精度。
[0004]目前的红外光源器件往往仅有加热发光功能，例如白炽灯、卤素灯、镍铬合金丝光源、碳硅棒光源、MEMS红外光源等，如果温度传感器仅是安装在光源器件的附近，所测量的温度变化和灯芯的温度变化间会存在反应滞后、非线性等问题，因此，要实现对光源发光状态的实时监控，需要在光源最核心的灯芯上集成温度传感器。
[0005]有鉴于此，有必要提供一种改进的红外光源及其制作方法，以解决上述问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种带温度反馈功能的MEMS红外光源及其制作方法。
[0007]为实现上述发明目的，本发明提供了一种红外光源的制作方法，包括如下步骤:S1:提供衬底，并在所述衬底的上表面制作支撑膜;S2:在所述支撑膜的上表面制作温度传感器，所述温度传感器具有用以与外电路通信连接的引线点；S3:在所述温度传感器的上方制作绝缘层;S4:在所述绝缘层的上表面制作加热源，所述加热源具有用以与外电路电性连接的接线点；S5:在所述加热源的上方制作黑体薄膜作为辐射层;S6:使所述引线点与所述接线点的部分结构向外暴露以与外电路连接。
[0008]作为本发明的进一步改进，所述红外光源的制作方法还包括位于步骤SI之后的步骤S7:在所述衬底的下表面的中间部位向上刻蚀深槽以形成空腔。
[0009]作为本发明的进一步改进，步骤S6具体为:在所述引线点上方刻蚀窗口形成引线通道，使所述引线点背离所述衬板的一侧向上暴露。
[0010]作为本发明的进一步改进，步骤S2具体为:在所述支撑膜的上表面制作图形化的第一金属薄膜作为温度传感器，所述温度传感器具有分布于两端的两个引线点。
[0011]作为本发明的进一步改进，所述支撑膜和所述绝缘层均为SiNx薄膜、S12薄膜中的一种或两种的组合。
[0012]作为本发明的进一步改进，步骤S4具体为:在所述绝缘层的上表面制作图形化的第二金属薄膜作为加热源，所述加热源具有两个接线点，且两个所述接线点分别位于所述温度传感器的两侧;所述加热源与所述引线点自上向下在所述衬底上的投影不重叠。
[0013]作为本发明的进一步改进，所述温度传感器和所述加热源均选用铂电阻或镍铬合金电阻，红外光源的制作方法还包括如下步骤:在制作所述温度传感器和所述加热源前，均先在下一层上制作黏附层。
[0014]作为本发明的进一步改进，所述黑体薄膜的制作方法具体为:通过气相沉积或电镀的方法在所述加热源上方制作在2μπι?5μπι波长下平均发射率大于0.8的金黑薄膜、铂黑薄膜或碳黑薄膜中的一种或多种。
[0015]作为本发明的进一步改进，所述红外光源的制作方法还包括封装步骤:提供一个封装管座，所述封装管座上具有与所述接线点和所述引线点连接的焊盘及与每个所述焊盘连接的引脚;所述焊盘的数量不小于所述引线点和所述接线点数量的总和;将所述红外光源芯片固定于所述封装管座上，并将所述接线点、引线点分别连接至不同的所述焊盘上。
[0016]为实现上述发明目的，本发明还提供一种采用上述红外光源的制作方法制作的红外光源红外光源。
[0017]本发明的有益效果是:本发明的红外光源的制作方法将所述温度传感器设置于红外光源的辐射区域，能够实时反馈红外光源的辐射温度，解决目前NDIR模块无法实时监控红外光源温度漂移，从而导致测量结果零点发生漂移的缺点，可有效提高NDIR模块的探测精度和分辨率，在NDIR气体传感领域有应用前景。
【附图说明】
[0018]图1是本发明的红外光源的衬底的结构示意图，其中(a)为侧视图；(b)为俯视图。
[0019]图2是在图1所示的衬底的上表面制作支撑膜、下表面制作掩膜层后的结构示意图；其中(a)为侧视图；(b)为俯视图。
[0020]图3是在图2所示的支撑膜的上表面制作温度传感器后的结构示意图；其中(a)为侧视图；(b)为俯视图。
[0021]图4是在图3所示的温度传感器的上方制作绝缘层后的结构示意图；其中(a)为侧视图；(b)为俯视图。
[0022]图5是在图4所示的绝缘层的上表面制作加热源后的结构示意图；其中(a)为侧视图；(b)为俯视图。
[0023]图6是在图5所示的基础上去除引线点上方的绝缘层的结构示意图；其中(a)为侧视图；(b)为俯视图。
[0024]图7是在图6基础上在所述掩膜层上设置窗口后的结构示意图；其中(a)为侧视图；(b)为俯视图；(C)为仰视图。
[0025]图8是在图7基础上在所述加热源的上方制作黑体薄膜后的结构示意图；其中(a)为侧视图；(b)为俯视图；(C)为仰视图。
[0026]图9是在图8基础上制作空腔后的结构不意图；其中(a)为侧视图；(b)为俯视图；(C)为仰视图。
[0027 ]图1O是图9所示的红外光源固定在封装管座上的结构示意图。
【具体实施方式】
[0028]为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
[0029]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”“下”等指示的方位或位置关系为基于附图中侧视图所示上、下方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0030]如图1?图10所示，本发明的红外光源的制作方法，包括如下步骤:S1:提供一块单晶硅片作为结构衬底I，在所述衬底I的上表面制作支撑膜2作为结构支撑体;S2:在所述支撑膜2的上表面制作温度传感器3，所述温度传感器3具有用以与外电路通信连接的引线点31; S3:在所述温度传感器3的上方制作绝缘层4; S4:在所述绝缘层4的上表面制作加热源5，所述加热源5具有用以与外电路电性连接的接线点51; S5:在所述加热源5的上方制作黑体薄膜6作为辐射层;S6:使所述引线点31与所述接线点51的部分结构向外暴露以与外电路连接。
[0031]该红外光源的制作方法中，SI?S6的编号仅仅为了描述方便，并不代表步骤的先后顺序。具体步骤顺序为:SI?S5的先后顺序不变，但是SI?S5中的任意两个相邻步骤之间均可插入其他步骤;而步骤S6根据具体制作工艺可位于步骤S2之后的任意步骤前后，SPS6可位于S2与S3之间，S6也可位于S3与S4之间，S6还可位于S4与S5之间。
[0032]上述红外光源的制作方法，将所述温度传感器3设置于红外光源的辐射区域，能够实时反馈红外光源的辐射温度，解决目前NDIR模块无法实时监控红外光源温度漂移，从而导致测量结果零点发生漂移的缺点，可有效提高NDIR模块的探测精度和分辨率，在NDIR气体传感领域有应用前景。
[0033]进一步地，红外光源的制作方法还包括位于步骤SI之后的步骤S7:在所述衬底I的下表面的中间部位向上刻蚀深槽以形成空腔;完成红外光源芯片的制作。所谓步骤S7位于步骤SI之后，可以理解为:步骤S7位于步骤SI之后的任意步骤前后。所述具体地，步骤S7包括两种情况:其一是在所述衬底I的下表面的中间部位刻蚀深槽至所述支撑膜2，以使得未被刻蚀掉的衬底I的周缘部分与所述支撑膜2形成空腔。其二是在所述衬底I的下表面的中间部位刻蚀深槽未至所述支撑膜2，以使得未被刻蚀掉的衬底I内形成朝下开放的空腔。
[0034]具体地，步骤SI中的所述衬底I采用(100)晶向的单晶硅片，所述支撑