[发明专利]一种具有网孔结构加热膜的低功耗微型加热器及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有网孔结构加热膜的低功耗微型加热器及其制作方 法，属于微电子机械系统(MEMS)领域。

背景技术

微型薄膜加热器可以应用到很多领域，如气体探测，环境监控和红外光 源等。随着应用的不断推广，对微型薄膜加热器的低功耗、低成本、高性能、 高可靠的要求也日益强烈。采用MEMS技术更有利于微型薄膜加热器的低成 本和低功耗。

目前基于硅衬底的微型薄膜加热器从中心膜区结构来分，主要有两种形 式，分别是封闭膜式(closed membrane type)和悬膜式(suspended membrane type)。封闭膜式微型薄膜加热器的支撑膜边界都与衬底框架相连，通过硅的 各向异性腐蚀从体硅背面腐蚀得到该类型加热器，如Vincenzo Guidi，et.al， Thin-film gas sensor implemented on a low-power-consumption micromachined silicon structure，Sensors and Actuators B：Chemical，Volume 49，Issues 1-2，25 June 1998，Pages 88-92。由于腐蚀时间长，器件均匀性差，且占空比低，特别 是功耗较高，因此这类加热器在应用上受到了限制。悬膜式微型薄膜加热器 通常利用数条长条形支撑悬臂梁把加热膜区与衬底框架相连，利用正面体硅 加工技术实现中心加热膜区的悬空，如Michael Gaitan，et.al，Micro-hotplate devices and methods for their fabrication，US Patent NO.5,464,966。相比封闭膜式 的加热器来说，该类加热器缩短了腐蚀时间，提高了占空比，在功耗上也有 显著的降低。这种悬膜式微型薄膜加热器在气体探测方面应用时，由于结构 的限制，催化剂只能在中心加热膜区单面涂覆，并且催化剂覆盖率不高，直 接影响到传感器的灵敏度。本发明的发明人认识到如果能够实现催化剂在加 热器上的双面涂覆并保持较高的覆盖率，传感器的灵敏度将会有很大的提高， 因此实现催化剂在加热器加热膜区的双面涂覆是目前本领域的一个技术难 点。本发明提供的微型加热器，有望克服这一技术难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有网孔结构加热膜的低功耗微型加热器及 其制作方法，其具体结构示意见图1，主要包括：网孔结构的加热膜1、加热 电阻丝2、支撑悬梁3、引线用电极4和衬底框架5。

本发明所提供的具有网孔结构加热膜的低功耗微型加热器的特征在于： 特殊形状的网孔按照一定的规则排布形成具有网孔结构的加热膜，加热膜通 过支撑悬梁与衬底框架相连，加热电阻丝以单折线或双折线形式排布在加热 膜上并通过支撑悬梁与衬底框架上的引线用电极相连。具体细节说明如下：

1.加热膜的形状分为两类。第一类是具有旋转对称性的包括正三边(角) 形、正四边形、正五边形、正六边形正八边形、正十二边形、正十六边形等 正多边形(如图2(a)所示)或者圆形(如图2(b)所示)。第二类是长条形(如 图2(c)所示)，长宽比大于2∶1。所述的加热膜可以以单个或阵列形式排列。

2.支撑悬梁的数目和连接方式由加热膜的形状决定，不同形状的加热膜 对应不同的支撑悬梁的数目和连接方式：正多边形加热膜的支撑悬梁的数目 与多边形的边数相同，支撑悬梁沿着多边形的形心以放射状与加热膜的顶角 相连，如图3(a)所示；圆形加热膜的支撑悬梁的数量为两条或两条以上，支撑 悬梁沿着半径方向与圆形加热膜对称相连，如图3(b)所示；长条形加热膜有 两条支撑悬梁，支撑悬梁沿着长条形的长度方向与加热膜相连，由于支撑悬 梁和加热膜的宽度不一样，连接处可以做适当的角度补偿，如图3(c)所示。支 撑悬梁的长宽比范围在3∶1到50∶1之间。

3.网孔的形状是三边(角)形、四边形、五边形和六边形等多边形或者 圆形，如图4所示。

4.网孔以“一”字形、“十”字形、三角形、四边形、六边形或六角密排 的形式排布，如图5所示。

5.加热膜的形状，网孔的形状和网孔行政的排列方式在设计上相对独立， 三者通过不同的组合方式可以形成不同的加热膜。图6列举了几种微型加热 器的加热膜，必须强调的是本发明所涉及的加热器加热膜绝不仅限于图6所 示的六种。