一種硅材料熱源結構及其制作方法技術

本發明專利技術公開了一種硅材料熱源結構及其制作方法，首先采用光刻及剝離工藝(lift-off)制作發熱體，然后刻蝕出相應的懸臂梁結構得到懸臂梁結構發熱體，并在硅結構上構建附有高熱阻反射膜的支撐腔體；所述硅材料熱源結構由懸臂梁結構發熱體和附有高熱阻反射膜的支撐腔體表面處理后鍵合而成，為微米尺寸，其制備方法采用懸空方法形成熱孤立島；同時在其下方構建附有高熱阻反射膜的周圍熱反射腔體，以保證熱量輻射的方向性，可制作出單向輻射的熱源，熱傳導效率高；本技術不僅適用于微機電領域，同樣可以應用于傳統發熱器制造，精度更高。

【技術實現步驟摘要】

: 本專利技術涉及微機電機械加工領域，具體涉及。
技術介紹
: 目前流行的微型加熱器采用MEMS微加工技術，在硅高分子材料的微結構上制作微發熱線圈，通過電熱的方法提供工作溫度。此技術廣泛用于微型輻射加熱器，以及需要提供一定工作溫度的金屬半導體氣體傳感器中。但是，其通常的加熱范圍通暢在數平方毫米范圍以內，發熱缺乏指向性，熱輻射范圍不集中。因此采用常規方法制作的微型加熱器，存在發熱不均勻，熱指向性不夠，效率低的問題。宏觀加熱領域也存在此問題，例如電陶爐的電熱盤一般采用發熱帶盤繞在底盤上制作而成，具有眾多優點，然而依然存在發熱密度不高，熱傳播方向性不夠集中的問題。
技術實現思路
: 本專利技術的目的是針對現有技術的不足，提供。 本專利技術是通過以下技術方案予以實現的: 一種硅材料熱源結構，由懸臂梁結構發熱體和附有高熱阻反射膜支撐腔體鍵合而成，所述懸臂梁結構發熱體的發熱金屬層采用剝離工藝制備。 優選地，所述懸臂梁結構發熱體基于SOI結構制作，由上至下依次為發熱金屬層、二氧化硅層、單晶硅層、絕緣材料埋層(二氧化硅層)以及襯底體硅層。 優選地，所述附有高熱阻反射膜支撐腔體呈杯狀結構。 所述硅材料熱源結構的制備方法，包括以下步驟: a、采用光刻及剝離工藝(lift-off)制作發熱體:首先在硅材料表面氧化出一層二氧化硅，然后在該氧化的二氧化硅層上涂上光刻膠繪制出相應圖形，并采用濺射或蒸著的方式在整個表面鋪上一層發熱材料，再以剝離工藝將光刻膠及光刻膠表面的材料刻蝕后，硅材料表面即形成了由發熱材料構成的預設圖形結構，得到發熱體； b、步驟a得到的發熱體刻蝕出相應的懸臂梁結構得到懸臂梁結構發熱體； C、在硅結構上構建附有高熱阻反射膜的支撐腔體； d、步驟b得到的懸臂梁結構發熱體跟步驟c得到的附有高熱阻反射膜的支撐腔體經表面活化后鍵合而成。 所述在硅結構上構建附有高熱阻反射膜的支撐腔體，先在硅結構上構建一個支撐腔體，然后采用化學沉積法在腔體表面沉積三層以上Si3N4與SiC，形成厚度I μ m以上的高熱阻反射膜。 所述發熱金屬優選自鐵鎳合金。 步驟a所述硅材料優選自SOI。利用了 SOI結構的單晶硅層、絕緣材料埋層(二氧化硅層)的熱阻高，具有很好的隔熱作用，利于熱量向外輻射而不是向腔體輻射，提高發熱的方向性。 所述硅材料熱源結構，為微米尺寸。 本專利技術具有如下有益效果:本專利技術采用光刻及剝離工藝(lift-off)微米加工方法制作發熱體，采用懸空方法形成熱孤立島，同時在其下方構建附有高熱阻反射膜的周圍熱反射腔體，以保證熱量輻射的方向性，可制作出單向輻射的熱源，熱傳導效率高；所述發熱體發熱金屬層形狀由于采用剝離工藝形成，剝離工藝(Lift-off)保證了由發熱金屬層構成的電阻絲加工的均勻，發熱面溫度分布均勻，具有向上方向的指向性，因此發熱均勻且密度高；所述懸臂梁結構提高了熱阻；采用SOI結構是利用了 SOI結構的單晶硅層、絕緣材料埋層(二氧化硅層)的熱阻高，具有很好的隔熱作用，利于熱量向外輻射而不是向腔體輻射；所述附有高熱阻反射膜的周圍熱反射腔體為反射杯結構，分層熱阻結構加強發熱反射，提高熱能利用率。所述附有高熱阻反射膜的支撐腔體采用硅材料制作，利于將其應用于集成電路的設計和制造中。 本專利技術采用改進的剝離技術，在大面積的硅平板上制作高密度的電阻絲，并引入阻熱層(例如SOI結構的單晶硅層、絕緣材料埋層)和熱反射杯結構，提高了熱輻射的方向性，增加了加熱面積和發熱效率。把微型加熱器的優點擴大到宏觀加熱范圍，還可用于制作高電熱效率的發熱芯片，制作新型的電熱爐具。因此本技術不僅適合于微機電領域，同樣可以應用于傳統發熱器制造，精度更高。 【附圖說明】 : 圖1是本專利技術實施例在SOI結構表面氧化出一層二氧化硅的結構示意圖； 圖2是本專利技術實施例在該氧化的二氧化硅層上涂上光刻膠繪制出相應圖形，并采用濺射方式鋪上鐵鎳合金層的結構示意圖； 圖3是本專利技術實施例發熱體的結構示意圖； 圖4是本專利技術實施例利用0.1 %濃度BHF (緩沖氫氟酸)在SOI結構表面的二氧化硅層刻蝕出窗口的結構示意圖； 圖5是本專利技術實施例用ICP刻蝕法繼續刻蝕掉窗口下面的硅結構的示意圖 圖6是本專利技術實施例1CP刻蝕法繼續刻蝕結構下方的SOI結構的襯底硅層得到的懸空腔體結構示意圖； 圖7是本專利技術實施例懸臂梁結構發熱體的側視圖； 圖8是本專利技術實施例懸臂梁結構發熱體的俯視圖； 圖9是本專利技術實施例附有高熱阻反射膜的支撐腔體的結構示意圖； 圖10是本專利技術實施例硅材料熱源結構。 【具體實施方式】 : 以下是對本專利技術的進一步說明，而不是對本專利技術的限制。 實施例1: 如圖10所示的一種硅材料熱源結構，由懸臂梁結構發熱體和附有高熱阻反射膜的支撐腔體鍵合而成，所述懸臂梁結構發熱體基于SOI結構制作，由上至下依次為發熱金屬層、二氧化硅層、單晶硅層、絕緣材料埋層(二氧化硅層)以及襯底體硅層，其制備方法如下: a、在SOI結構上采用光刻及剝離工藝(lift-off)制作發熱體:首先在SOI結構表面氧化出一層二氧化硅，得到如圖1中所示的結構，由上至下依次為二氧化硅層、單晶硅層、絕緣材料埋層(二氧化硅層)以及襯底體硅層，然后在該氧化的二氧化硅層上涂上光刻膠繪制出相應圖形，并采用濺射方式在整個表面鋪上一層鐵鎳合金層，結構如圖2所示，再以剝離工藝將光刻膠除去，光刻膠上層的鐵鎳合金層也一起脫落，留下附著在二氧化硅上的鐵鎳合金層圖形，SOI結構表面即形成了由發熱材料構成的預設圖形結構，得到發熱體如圖3所示。 b、步驟a得到的發熱體表面發熱層形成后刻蝕出相應的懸臂梁結構得到懸臂梁結構發熱體:首先利用0.1%濃度BHF (緩沖氫氟酸)SOI結構表面的二氧化硅層刻蝕出窗口，結構如圖4所示；用ICP刻蝕法繼續刻蝕掉窗口下面的硅結構，結構如圖5所示。 為了形成熱反射的腔體結構，同時也減少結構中不必要的熱容浪費，采用ICP刻蝕法繼續刻蝕SOI結構的襯底硅層，形成懸空腔體結構，其結構如圖6所示。 對缺口下端的SOI結構中間的絕緣材料埋層(二氧化硅)，采用BHF溶液刻蝕除去，剩余結構即為懸臂梁結構發熱體，其側視圖如圖7所示，俯視圖如圖8所示。 C、在硅結構上構建附有高熱阻反射膜的支撐腔體:在硅結構上構建一個杯狀支撐腔體，然后采用化學沉積法在杯狀腔體表面沉積三層以上Si3N4與SiC，形成厚度I μ m以上高熱阻反射膜，得到附有高熱阻反射膜的支撐腔體，其結構圖如圖9所示。 d、步驟b得到的懸臂梁結構發熱體跟步驟c得到的附有高熱阻反射膜的杯狀支撐腔體首先在氧氣等離子體中將粘合表面活化，并在適當的壓強下鍵合，得到硅材料熱源結構，其結構示意圖如圖10所示。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種硅材料熱源結構，其特征在于，由懸臂梁結構發熱體和附有高熱阻反射膜支撐腔體鍵合而成，所述懸臂梁結構發熱體的發熱金屬層采用剝離工藝制備。

【技術特征摘要】
1.一種硅材料熱源結構，其特征在于，由懸臂梁結構發熱體和附有高熱阻反射膜支撐腔體鍵合而成，所述懸臂梁結構發熱體的發熱金屬層采用剝離工藝制備。2.根據權利要求1所述的硅材料熱源結構，其特征在于，所述懸臂梁結構發熱體基于SOI結構制作，由上至下依次為發熱金屬層、二氧化硅層、單晶硅層、絕緣材料埋層以及襯底體娃層。3.根據權利要求1或2所述的硅材料熱源結構，其特征在于，所述附有高熱阻反射膜支撐腔體呈杯狀結構。4.一種權利要求1所述的硅材料熱源結構的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: a、首先在硅材料表面氧化出一層二氧化硅，然后在該氧化的二氧化硅層上涂上光刻膠繪制出相應圖形，并采用濺射或蒸著的方式在整個表面鋪上一層發熱材料，再以剝離工藝將光刻膠及光刻膠表面的材料刻蝕后，硅材料表面...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李凌瀚，劉炳耀，
申請(專利權)人：廣東萬事泰集團有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東;44