紅外線輻射元件的製作方法
2023-08-07 15:47:56
紅外線輻射元件的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種紅外線輻射元件，包括：具有熱絕緣性能和電絕緣性能的第一絕緣層；設置在第一絕緣層上並且配置成當被供能時發射紅外線輻射的加熱元件層；和，設置在加熱元件層的與第一絕緣層相反側上並且具有熱絕緣性能和電絕緣性能的第二絕緣層。第二絕緣層傳送從加熱元件層發射的紅外線輻射。該加熱元件層具有這樣的薄層電阻，即該加熱元件層的阻抗匹配與該第二絕緣層接觸的空間的阻抗。
【專利說明】紅外線輻射元件
【技術領域】
[0001]本發明涉及紅外線輻射元件。
【背景技術】
[0002]近來，已經研製並開發出通過使用用於MEMS (微機電系統)的製造技術等所製造的紅外線輻射元件。這些種類的紅外線輻射元件可以用作氣敏傳感器、光學分析設備等的紅外光源。
[0003]具有圖8和9中所示配置並且被專利文件I (JP H09-184757A)公開的輻射源被稱為這些種類紅外線輻射元件中的一種。
[0004]該輻射源包括:襯底13 ;襯底13上的第一絕緣層22 ;第一絕緣層22上的輻射表面層11 ;輻射表面層11上的第二絕緣層24 ;和第二絕緣層24上的兩個或更多個極狹窄的白熾燈絲。另外，輻射源還包括:覆蓋並保護白熾燈絲10的第三絕緣層26 ;和分別穿過第三絕緣層26的開口連接至每個白熾燈絲10的兩端的一對襯墊15和15。第二絕緣層24設置成用於將輻射表面層11與白熾燈絲10絕緣。專利文件I公開了白熾燈絲10被其他部件(第一絕緣層22、輻射表面層11、第二絕緣層24和第三絕緣層26)包封，該其他部件組成具有多層結構的均勻平板。另外，專利文件I公開了提供第一絕緣層22和第三絕緣層26的目的是為了相對於氧化作用保護白熾燈絲10和輻射表面層11。
[0005]襯底13具有與輻射表面層11相應的開口 14。專利文件I公開了形成開口 14的蝕刻劑可以是含水氫氧化鉀(KOH)溶液、包含少量鄰苯二酚的含水乙二胺溶液或者四甲基氫氧化銨(TMAH)。
[0006]襯底13是由(100)定向的矽片製成的。第一絕緣層22是具有厚度200nm的氮化矽層。輻射表面層11是摻有硼、磷或者砷並且具有大約Iym厚度的多晶矽膜。第二絕緣層24是具有大約50nm厚度的氮化矽層。每個白熾燈絲10是具有大約400nm厚度的鎢層。第三絕緣層26是具有大約200nm厚度的氮化矽層。金屬襯墊15是由例如鋁製成的並且穿過第三絕緣層26的開口與白熾燈絲10歐姆接觸。
[0007]在輻射源中，輻射表面層11具有Imm2的面積。例如，白熾燈絲10各具有的尺寸為，其厚度在0.1到Ιμπι的範圍，其寬度在2到1ym的範圍，並且其之間的間隔在20到50 μ m的範圍。
[0008]在輻射源中，當電流流過白熾燈絲10時，白熾燈絲10的溫度增加。關於這一點，白熾燈絲10主要用來加熱輻射表面層11，並且輻射表面層11起主熱輻射源的作用。
[0009]順便說及，眾所周知，當紅外線輻射元件被用作分光鏡的氣敏傳感器的紅外線源時，例如，通過間歇地驅動紅外線輻射元件以間歇地發射紅外線輻射並且以鎖定放大器放大光接收元件的輸出來提高氣敏傳感器的輸出的S/N比。
[0010]然而，當圖8和9中所示的配置被應用於輻射源時，輻射表面層11的溫度變化對施加於白熾燈絲10的電壓波形的響應由於除了白熾燈絲10的熱容量之外的第一絕緣層22、輻射表面層11、第二絕緣層24和第三絕緣層26的熱容量而被延遲了。因此，在上述輻射源中，輻射表面層11的溫度不太可以增加，並且很難降低能量消耗並增加響應速度。
【發明內容】
[0011]本發明已經考慮到上述不足，並且其目的是提出一種紅外線輻射元件，其中能降低能量消耗並且能增加反應速度。
[0012]根據本發明的第一方面，提供了一種紅外線輻射元件，包括:第一絕緣層，其具有熱絕緣性能和電絕緣性能；加熱元件層，其設置在第一絕緣層上並且配置成當被供能時發射紅外線輻射；和第二絕緣層，其設置在加熱元件層的與第一絕緣層相反的側部上並且具有熱絕緣性能和電絕緣性能。第二絕緣層傳送從加熱元件層發射的紅外線輻射。加熱元件層具有這樣的薄層電阻，即加熱元件層的阻抗匹配與第二絕緣層接觸的空間的阻抗。
[0013]根據參考第一方面的本發明的第二方面，提供了紅外線輻射元件，其中該加熱元件層的薄層電阻被選擇成，加熱元件層的紅外線發射率不小於預定值。
[0014]根據參考第二方面的本發明的第三方面，提供了紅外線輻射元件，其中加熱元件層的薄層電阻落入73Ω/ □到493Ω/ □的範圍。
[0015]根據參考第一到第三方面中任一方面的本發明的第四方面，提供了還包括襯底的紅外線輻射元件。第一絕緣層設置在襯底的表面上。
[0016]根據參考第四方面的本發明的第五方面，提供了紅外線輻射元件，其中襯底具有暴露第一絕緣層的開口。根據參考第五方面的本發明的第六方面，提供了紅外線輻射元件，其中加熱元件層定位在第一絕緣層在平面圖中與所述開口接觸的部位中。
[0017]根據參考第五或第六方面的本發明的第七方面，提供了紅外線輻射元件，該紅外線輻射元件還包括分別設置在加熱元件層的與第一絕緣層相反表面的兩端上的一對電極。
[0018]根據參考第七方面的本發明的第八方面，提供的紅外線輻射元件還包括:一對襯墊，它們定位在其中在平面圖中未設置開口的部位中，該對襯墊被設置成平行於預定方向延伸；和將該對襯墊各自地電連接至一對電極的一對電連接器。該對電連接器關於穿過加熱元件層的重心並且沿預定方向延伸的中心線對稱地設置。
[0019]根據參考第八方面的本發明的第九方面，提供了紅外線輻射元件，其中該對電連接器中的每個是由兩個或更多個配線組成的。
[0020]根據參考第八或第九方面的本發明的第十方面，提供了紅外線輻射元件，其中該對電連接器是由鉭製成的。
[0021]根據參考第一到第十方面中任一方面的本發明的第十一方面，提供了紅外線輻射元件，其中加熱元件層是由氮化鉭或者導電的多晶矽製成。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1A是第一實施例的紅外線輻射元件的示意性平面圖，
[0023]圖1B是沿圖1A的A-A線截取的橫截面，
[0024]圖2A是第二實施例的紅外線輻射元件的示意性平面圖，
[0025]圖2B是沿圖2A的A-A線截取的橫截面，
[0026]圖3A是第三實施例的紅外線輻射元件的示意性平面圖，
[0027]圖3B是沿圖3A的A-A線截取的橫截面，
[0028]圖4A是第四實施例的紅外線輻射元件的示意性平面圖，
[0029]圖4B是沿圖4A的A-A線截取的橫截面，
[0030]圖5A是第五實施例的紅外線輻射元件的示意性平面圖，
[0031]圖5B是沿圖5A的A-A線截取的橫截面，
[0032]圖6A是第六實施例的紅外線輻射元件的示意性平面圖，
[0033]圖6B是沿圖6A的A-A線截取的橫截面，
[0034]圖7A是第七實施例的紅外線輻射元件的示意性平面圖，
[0035]圖7B是沿圖7A的A-A線截取的橫截面，
[0036]圖8是【背景技術】的輻射源的示意性平面圖，以及
[0037]圖9是沿圖8的A-A線截取的橫截面。
【具體實施方式】
[0038](第一實施例)
[0039]以下將基於圖1A和IB來描述第一實施例的紅外線輻射元件I。
[0040]第一實施例的紅外線輻射元件I包括襯底2、設置在襯底2的表面21上的第一絕緣層3、和在第一絕緣層3的與襯底2相反側處直接設置在第一絕緣層3上的第二絕緣層
4。另外，紅外線輻射元件I還包括一對電極7和7，該對電極在襯底2的表面21的側部處與加熱元件層4的外周接觸。此外，紅外線輻射元件I還包括一對襯墊9和9，該對襯墊分別通過電連接器8 (配線8a)電連接至電極7和7。第一實施例的紅外線輻射元件I包括第二絕緣層5，該第二絕緣層5在第一絕緣層3的與襯底2相反側處直接設置在加熱元件層4上並且對於從加熱元件層4發射的紅外線輻射是可穿透的。襯底2具有暴露第一絕緣層3的與加熱元件層4相反表面的開口 2a。在該紅外線輻射元件I中，加熱元件層4當被供能時發射紅外線輻射。
[0041]換句話說，第一實施例的紅外線輻射元件I包括第一絕緣層3、設置在第一絕緣層3上的加熱元件層4和設置在加熱元件層4的與第一絕緣層3相反側上的第二絕緣層5。加熱元件層4當被供能時產生熱量並且發射紅外線輻射。另外，第一實施例的紅外線輻射元件I包括襯底2和設置在襯底2的表面21上的第一絕緣層3。襯底2具有暴露第一絕緣層3的開口 2a。
[0042]加熱元件層4的薄層電阻被選擇成，抑制紅外線發射率由於第二絕緣層5和與第二絕緣層5接觸的空間(例如，空氣或者如氮氣的氣體)之間的阻抗失配的降低。
[0043]以下將詳細描述紅外線輻射元件I的每個配置元件。
[0044]襯底2是單晶矽襯底，該單晶矽襯底具有將為表面21的(100)平面。然而，襯底2可以是具有(110)平面的單晶矽襯底。襯底2可以不限於單晶矽襯底並且可以是多晶矽襯底。襯底2可以不是矽襯底。用於襯底2的材料優選比用於第一絕緣層3的材料具有更大的熱導率和更大的熱容量。
[0045]襯底2具有矩形的外部形狀。換句話說，襯底2在垂直於襯底2的厚度方向(對於圖1A的紙張的垂直方向；圖1B中的豎直方向)的平面中具有矩形形狀。襯底2的外部尺寸不受特別限制，但是優選不大於1mm的平方大小(10mm*1mm)。另外,襯底2的開口2a具有矩形的開口形狀。襯底2的開口 2a具有這樣的形狀，即開口 2a的面積朝向另一表面22比在表面21 (靠近第一絕緣層3的表面)處更大。該另一表面22是襯底2的與表面21相反的表面。也就是說，襯底2的開口 2a具有這樣的形狀，即開口 2a的區域隨著開口 2a離第一絕緣層3的距離的增加而變大。襯底2的開口 2a是通過蝕刻襯底2來製備的。當襯底2是具有將為表面21的(100)平面的單晶矽襯底時，可以通過使用如蝕刻劑的鹼性溶液來非等向地蝕刻襯底2來製備襯底2的開口 2a。襯底2的開口 2a的開口形狀不受特別限制。當用於形成開口 2a的掩膜層是由無機材料製成時，紅外線輻射元件I可以包括處於襯底2的另一表面22上的殘留掩膜層。例如，掩膜層可以是氧化矽膜和氮化矽膜的疊層。
[0046]第一絕緣層3具有熱絕緣性能和電絕緣性能。第一絕緣層3形成在襯底2的表面21上並且覆蓋開口 2a。第一絕緣層3是由膜片部分3D和支承部分3S組成的。膜片部分3D將開口 2a與加熱元件層4隔開。支承部分3S設置在表面21上以圍繞開口 2a並且支承膜片部分3D。換句話說，第一絕緣層3具有限定為疊蓋開口 2a的那部分的膜片部分3D和限定為不疊蓋開口 2a的那部分的支承部分3S。膜片部分3D和支承部分3S位於襯底2的表面21的一側。膜片部分3D形成在膜片區域中。膜片區域限定為其中在平面圖中開口2a形成在襯底2的表面21中的區域。換句話說，膜片區域是其中開口 2a接觸第一絕緣層3的區域(膜片部分3D)。請注意，術語「在平面圖中」是指沿襯底2(和加熱元件層4)的厚度方向觀察時的視圖。
[0047]紅外線輻射元件I具有位於膜片區域中的膜片單元。在第一實施例中，膜片單元是由第一絕緣層3 (膜片部分3D)、加熱元件層4、第二絕緣層5、電極7和電連接器8組成的。另外，在第一實施例中，第一絕緣層3的外周與襯底2的外周對齊。
[0048]第一絕緣層3是由靠近襯底2的氧化矽膜和氧化矽膜的與襯底2相反側上的氮化矽膜組成的。第一絕緣層3不限於氧化矽膜和氮化矽膜的疊層，並且可以具有氧化矽膜或者氮化矽膜的單層結構、其他材料的單層結構或者由其他材料製成的兩個或更多層的多層結構。
[0049]第一絕緣層3還在通過蝕刻襯底2的另一表面22來形成開口 2a中起到了蝕刻停止層的作用，該表面22與用於製備紅外線輻射元件I的襯底2的表面21相反。
[0050]加熱元件層4設計成當被供能時產生熱量以發射紅外線輻射。也就是說，加熱元件層4起到加熱器以及發射紅外線輻射的發光層的作用。加熱元件層4具有矩形的平面形狀。關於這一點，加熱元件層4的平面形狀限定為加熱元件層4在垂直於加熱元件層4的厚度方向的平面中的形狀。第一實施例的加熱元件層4形成在其中在平面圖中第一絕緣層
3(膜片部分3D)與加熱元件層4相互接觸的區域(膜片區域)中。換句話說，加熱元件層4定位在其中在平面圖中開口 2a形成在襯底2的表面21中的區域(膜片區域)中。也就是說，加熱元件層4定位在平行於襯底2的表面21的平面中的開口 2a的區域內。加熱元件層4的平面尺寸優選小於與第一絕緣層3的開口 2a接觸的一表面的平面尺寸。也就是說，加熱元件層4的平面尺寸優選小於膜片部分3D的平面尺寸(即，開口 2a在平面21處的尺寸)。關於這一點，膜片部分3D的平面尺寸未被特別限制而且優選不大於5mm的平方尺寸(不大於5mm*5mm)。
[0051]第一實施例的紅外線輻射元件I具有電極7，並且電極7與加熱元件層4接觸。加熱元件層4具有與電極7接觸的區域，並且該區域被稱為接觸區域4b。在加熱元件層4中，除接觸區域4b以外的區域被稱為輻射區域4a。簡單地說，加熱元件層4具有接觸區域4b和輻射區域4a。在第一實施例中，加熱元件層4具有一對彼此相反的接觸區域4b。在第一實施例中，接觸區域4b位於加熱元件層4的與第一絕緣層3相反表面(圖1B中的上表面)的相應邊緣上。分別位於加熱元件層4的邊緣上的該對接觸區域4b沿加熱元件層4的寬度方向(圖1A中的豎直方向；對於圖1B的紙張的垂直方向)延伸。加熱元件層4的平面尺寸優選被選擇成，除去其中電極7與加熱元件層4疊置的接觸區域4b，輻射區域4a的平面尺寸不大於3mm的平方尺寸(3mm*3mm)。
[0052]加熱元件層4是由氮化鉭製成的。也就是說，加熱元件層4是由氮化鉭製成的氮化鉭層。用於加熱元件層4的材料不限於氮化鉭，而例如可以是氮化鈦、鎳鉻、鎢、鈦、釷、鉬、錯、鉻、銀、錯、鉿、釕、?|、銥、銀、鑰、鉭、鋨、錸、鎳、欽、鈷、鉺、乾、鐵、鈧、錢、IE或者鑥。另外，用於加熱元件層4的材料可以是導電的多晶矽。也就是說，加熱元件層4可以是導電的多晶矽層，該導電的多晶矽層具有導電性能並且由多晶矽製成。考慮到高溫下的化學穩定性和薄層電阻的設計能力，加熱元件層4優選是氮化鉭層或者導電的多晶矽層。當加熱元件層4是氮化鉭層時，可能通過改變氮化鉭層的成分(例如，Ta與N的摩爾比)來改變加熱元件層4的薄層電阻。當加熱元件層4是導電的多晶矽層時，能通過改變導電的多晶矽層的雜質濃度來改變加熱元件層4的薄層電阻。該導電的多晶矽層可以是摻有高濃度的η型雜質的η型多晶矽層。可替換地，該導電的多晶矽層可以是摻有高濃度的P型雜質的P型多晶矽層。例如，當加熱元件層4是導電的多晶矽層(η型多晶矽層)並且磷被用作η型雜質時，可以在大約l*1018cm_3到大約5*102°cm_3的範圍內適當地選擇雜質濃度。例如，當加熱元件層4是導電的多晶矽層(P型多晶矽層)並且硼被用作P型雜質時，可以在大約l*1018cm_3至IJ大約l*102°cm_3的範圍內適當地選擇雜質濃度。請注意，考慮到防止加熱元件層4由於因線膨脹係數方面的差異所產生的熱應力而破碎，用於加熱元件層4的材料優選具有這樣的線膨脹係數，即加熱元件層4的材料與襯底2的材料之間的線膨脹係數方面的差異較小。
[0053]在紅外線輻射元件I中，從加熱元件層4發射的紅外線輻射的峰值波長λ依據加熱元件層4的溫度而變化。關於這一點，假設Τ[Κ]表示加熱元件層4的絕對溫度，並且λ [μπι]表示峰值波長，則峰值波長λ滿足方程式:
[0054]λ = 2898/Τ.
[0055]加熱元件層4的絕對溫度T與紅外線輻射的峰值波長λ之間的關係滿足維恩位移定律。在紅外線輻射元件I中，能通過調節從外部電源(未顯示)施加在該對襯墊9和9之間的輸入功率來改變加熱元件層4中產生的焦耳熱，並且由此能改變加熱元件層4的溫度。簡單地說，加熱元件層4的溫度依據施加於加熱元件層4的功率而變化。因此，在紅外線輻射元件I中，能通過選擇至加熱元件層4的輸入功率來改變加熱元件層4的溫度，並且能通過改變加熱元件層4的溫度來改變從加熱元件層4發射出的紅外線輻射的峰值波長λ。另外，在第一實施例的紅外線輻射元件I中，隨著加熱元件層4的溫度的增加而有可能增加紅外線輻射的輻射量。因此，有可能使用紅外線輻射元件I作為高輸出的紅外光源來發射處於紅外波長區的寬範圍內的紅外線輻射。例如，當紅外線輻射元件I被用作氣敏傳感器的紅外光源時，由接收紅外線輻射的探測器的濾光器所傳送的紅外線輻射的任選頻率能夠選擇待由氣敏傳感器探測的氣體。特別是，當濾光器被設計成以不同波長傳送兩種或更多種紅外線輻射時，氣敏傳感器能檢測兩種或更多種氣體。
[0056]第二絕緣層5具有熱絕緣性能和電絕緣性能。第一實施例的第二絕緣層5被配置成傳送從加熱元件層4發射的紅外線輻射。第一實施例的第二絕緣層5的與加熱元件層4相反表面的一部分被配線8a覆蓋，並且另一部分暴露並與空間接觸。第二絕緣層5是氮化矽膜。第二絕緣層5不限於此，並且例如可以是氧化矽膜或者氧化矽膜和氮化矽膜的疊層。就具有期望波長或者處於期望波長範圍內並且當加熱元件層4被供能時從加熱元件層4發射的該紅外線輻射而言，第二絕緣層5優選具有高透射率。該透射率不必是100%。
[0057]第一實施例的第二絕緣層5覆蓋加熱元件層4，並且加熱元件層4設置在第二絕緣層5與第一絕緣層3之間。第二絕緣層5具有用於提供電極7與加熱元件層4接觸的一對接觸孔5a。接觸孔5a穿透第二絕緣層5,並且電極7延伸穿過接觸孔5a並處於加熱元件層4上。因此，電極7能與加熱元件層4接觸。因此，能通過電極7給加熱元件層4供能。
[0058]在紅外線輻射元件I中，優選是，考慮到由第一絕緣層3、加熱元件層4和第二絕緣層5所組成的夾層結構(其中加熱元件層4插設於第一絕緣層3與第二絕緣層5之間的結構)上的應力平衡來選擇第一絕緣層3和第二絕緣層5的材料和厚度。從而，在紅外線輻射元件I中，有可能改善上述夾層結構上的應力平衡，並且因而更多地抑制所述夾層結構的翹曲或者破裂。因此，有可能進一步提高機械強度。
[0059]考慮到減小加熱元件層4的熱容量，加熱元件層4的上述厚度(對於圖1A的紙張的垂直方向上的長度；圖1B中的豎直方向上的長度)優選不多於0.2 μ m。
[0060]為了減小第一絕緣層3、加熱元件層4和第二絕緣層5的疊層單元的熱容量，第一絕緣層3、加熱元件層4和第二絕緣層5的總厚度優選落入到大約0.1 μ m到大約I μ m的範圍內，並且更優選不多於0.7 μ m。
[0061]該對電極7和7在襯底2的表面21側接觸加熱元件層4的與襯底2相反表面的外周(分別為圖1A中的左、右邊緣)。也就是說，紅外線輻射元件I具有在加熱元件層4的與第一絕緣層3相反側處形成於加熱元件層4的兩個邊緣上的該對電極7和7。在第一實施例中，該對電極7和7沿該加熱元件層4的寬度方向(圖1A中的豎直方向；對於圖1B的紙張的垂直方向)延伸，並且設置在加熱元件層4的長度方向(圖1A和IB中的橫向方向)上。每個電極7延伸穿過第二絕緣層5的接觸孔5a並且位於加熱元件層4上以與加熱元件層4電接觸。在這方面，每個電極7與加熱元件層4處於歐姆接觸。
[0062]在第一實施例中，用於每個電極7的材料是鋁合金(Al-Si)。也就是說，電極7優選由鋁合金(Al-Si)製成。可替換地，電極7優選由Al或者Al-Cu製成。然而，用於每個電極7的材料不特別限於此，並且例如可以是金或者銅。每個電極7具有與加熱元件層4接觸的部分，並且該部分是由允許與加熱元件層4歐姆接觸的材料製成的是足夠的。因此，電極7不限於具有單層結構而可以具有多層結構。例如，每個電極7具有三層結構，其中從加熱元件層4起按第一層、第二層和第三層的該順序堆疊並設置，並且與加熱元件層4接觸的第一層可以是由高熔點金屬(例如，鉻)製成的，並且第二層可以是由鎳製成的，並且第三層可以是由金製成的。
[0063]襯墊9形成在支承部分3S上。也就是說，襯墊9形成在其中在平面圖中未形成開口 2a的區域上。換句話說，襯墊9在平行於襯底2的表面21的平面中定位在開口 2a的外偵U。然後，該對襯墊9設置成在其中在平面圖中未形成開口 2a的區域中相互平行地延伸。簡單地說，該對襯墊9設置成平行於預定方向延伸。在第一實施例中，該對襯墊9設置成相互平行地延伸從而其中形成開口 2a的區域處於其之間。
[0064]一對電連接器8和8各自地將該對襯墊9和9電連接至該對電極7和7。在第一實施例中，電連接器8是由一個配線8a構成的。優選是，每個電連接器8 (配線8a)和每個襯墊9是由相同材料製成的，並且具有與每個電極7相同的層狀結構和相同的厚度。從而，在紅外線輻射元件I中，每個電連接器8 (每個配線8a)和每個襯墊9可以與每個電極7平行地形成。襯墊9的厚度優選落入到大約0.5到大約2 μ m的範圍內。
[0065]為了製備紅外線輻射元件1，按該順序在襯底2的表面21上形成第一絕緣層3、加熱元件層4和第二絕緣層5，並且然後在第二絕緣層5中形成接觸孔5a。此後，形成每個電極7、每個電連接器8 (配線8a)和每個襯墊9，並且隨後可以在襯底2中形成開口 2a。
[0066]一種製備第一絕緣層3的氧化矽膜的方法可以採用例如加熱氧化方法和CVD (化學氣相澱積)，並且優選是加熱氧化方法的薄膜形成技術。一種製備第一絕緣層3的氮化矽膜的方法可以採用例如CVD，並且優選LPCVD (低壓化學氣相澱積)的薄膜形成技術。
[0067]例如，製備加熱元件層4的方法可以採用例如濺射、沉澱及CVD的薄膜形成技術和/或使用光刻技術與蝕刻技術的處理技術。
[0068]例如，製備第二絕緣層5的方法可以採用例如CVD的薄膜形成技術和/或使用光刻技術與蝕刻技術的處理技術。用於製備第二絕緣層5的CVD優選是等離子CVD。
[0069]為了形成接觸孔5a，可以採用光刻技術和蝕刻技術。
[0070]為了形成每個電極7、每個配線8a和每個襯墊9，可以使用例如濺射、沉澱及CVD的薄膜形成技術和/或使用光刻技術與蝕刻技術的處理技術。另外，為了形成開口 2a，可以在襯底2的另一表面22上形成作為掩膜層的氧化矽膜和氮化矽膜的疊層(未顯示)，該另一表面22是與襯底2的表面21相反的表面。此後，可以蝕刻襯底2的該另一表面22以形成開口 2a。通過在襯底2的另一表面22上形成起到掩膜層的基底作用的氧化矽膜和並行地形成構成第一絕緣層3的氧化矽膜，並且此後在襯底2的另一表面22上形成氮化矽膜和並行地形成構成第一絕緣層3的氮化矽膜來製備掩膜層。可以通過光刻技術和蝕刻技術來執行氧化矽膜和氮化矽膜的疊層的圖案成形，該氮化矽膜起到掩膜層的基底作用。
[0071]製備第一實施例中的紅外線輻射元件I的方法採用第一絕緣層3作為用於形成開口 2a的蝕刻停止層。因此，有可能提高第一絕緣層3的厚度方面的精度，並且防止襯底2的一部分或者殘餘留在第一絕緣層3的開口 2a側。根據該方法，有可能減小紅外線輻射元件I之間的第一絕緣層3的機械強度和第一絕緣層3的整個膜片部分3D的熱容量方面的差異。
[0072]為了同時製備多個上述紅外線輻射元件1，按晶片水平進行加工直到完成開口 2a的成型，並且此後可以在形成開口 2a之後將紅外線輻射元件I分成單個。換句話說，為了製備多個紅外線輻射元件1，製備作為多個襯底2的基底的矽晶圓，並且使用該矽晶圓來形成多個紅外線輻射元件I並且此後將其分成單個紅外線輻射元件I。
[0073]如從製備紅外線輻射元件I的上述方法中顯而易見的，可以使用MEMS製造技術來製備紅外線輻射元件I。
[0074]加熱元件層4的薄層電阻被選擇成，抑制紅外線發射率由於第二絕緣層5和與第二絕緣層5接觸的空間(例如，空氣或者如氮氣的氣體)之間的阻抗失配方面的降低。簡單地說，加熱元件層4具有這樣的薄層電阻，即加熱元件層4的電阻匹配與第二絕緣層5接觸的空間的阻抗。
[0075]例如，當加熱元件層4是由氮化鉭製成時，可以使用通過反應濺射形成氮化鉭層中的氮氣的分壓力來控制加熱元件層4的薄層電阻，該氮化鉭層是加熱元件層4的基底。簡單地說，當加熱元件層4是由氮化鉭製成時，能通過改變氮化鉭層的成分(Ta與N的比)來改變加熱元件層4的薄層電阻。可替換地，當加熱元件層4是由導電的多晶矽製成時，能通過改變導電的多晶矽層的雜質濃度來改變加熱元件層4的薄層電阻，該導電的多晶矽層是加熱元件層4的基底。作為一種控制導電的多晶矽層的雜質濃度的方法，存在一種製備未摻雜的多晶矽層並且此後給該未摻雜的多晶矽層摻入雜質的方法和另一種形成已經將雜質摻入膜中的材料的方法。
[0076]在第一實施例的紅外線輻射元件I中，當上述空間(氣體)充有空氣、加熱元件層
4是由氮化鉭製成並且加熱元件層4被加熱到例如500°C的預定操作溫度時，在該操作溫度下提供加熱元件層4的最大紅外線發射率的加熱元件層4的薄層電阻是189 Ω / 口 (189 Ω /sp.)，並且發射率的最大值是50 %。換句話說，當加熱元件層4的薄層電阻是189 Ω / 口時，由於阻抗與空氣匹配而有可能使紅外線發射率最大。因此，為了通過抑制發射率方面的降低來確保40%或更高的發射率，例如，可以將加熱元件層4的薄層電阻選擇在73到493 Ω / □的範圍內。在這方面，假設在預定操作溫度下提供最大發射率的薄層電阻被稱為預定薄層電阻，則該預定操作溫度下加熱元件層4的薄層電阻優選選擇為該預定薄層電阻，允許其10%的出入。換句話說，在紅外線輻射元件I中，加熱元件層4的薄層電阻被優選選擇成，紅外線發射率不小於一預定值。具體地說，加熱元件層4的薄層電阻優選在73Ω/ □到493Ω/ □的範圍中。
[0077]紅外線輻射元件I包括襯底2、第一絕緣層3、加熱元件層4、第二絕緣層5和一對電極7與7。當加熱元件層4被供能時加熱元件層4發射紅外線輻射。襯底2具有暴露第一絕緣層3的與加熱元件層4相反表面的開口 2a。加熱元件層4的薄層電阻被選擇成，抑制紅外線發射率由於第二絕緣層5和與第二絕緣層5接觸的空間(氣體)之間的阻抗失配方面的降低。
[0078]如上所述，第一實施例的紅外輻射元件I包括以下第一到第七和第i^一特徵。請注意，以下將描述第八到第十特徵。
[0079]在第一特徵中，紅外線輻射元件I包括:具有熱絕緣性能和電絕緣性能的第一絕緣層3 ;設置在第一絕緣層3上並且配置成當供能時發射紅外線輻射的加熱元件層4 ;和設置在加熱元件層4的與第一絕緣層3相反側上並且具有熱絕緣性能和電絕緣性能的第二絕緣層5。第二絕緣層5傳送從加熱元件層4發射的紅外線輻射。加熱元件層4具有這種薄層電阻，即加熱元件層4的阻抗匹配與第二絕緣層5接觸的空間的阻抗。
[0080]在第二特徵中，在包括第一特徵的紅外線輻射元件I中，加熱元件層4的薄層電阻被選擇成加熱元件層4的紅外線發射率不小於一預定值。請注意，在本實施例的紅外線輻射元件I中，第二特徵是可選的。
[0081 ] 在第三特徵中，在包括第二特徵的紅外線輻射元件I中，加熱元件層4的薄層電阻落入73 Ω/ □到493 Ω/ □範圍內。請注意，在本實施例的紅外線輻射元件I中，第三特徵是可選的。
[0082]在第四特徵中，包括第一到第三特徵中任一項的紅外線輻射元件I包括襯底2。第一絕緣層3設置在襯底2的表面21上。請注意，在本實施例的紅外線輻射元件I中，第四特徵是可選的。
[0083]在第五特徵中，在包括第四特徵的紅外線輻射元件I中，襯底2具有開口 2a以暴露第一絕緣層3。請注意，在本實施例的紅外線輻射元件I中，第五特徵是可選的。
[0084]在第六特徵中，在包括第五特徵的紅外線輻射元件I中，加熱元件層4設置在其中在平面圖中第一絕緣層3接觸開口 2a的區域中。請注意，在本實施例的紅外線輻射元件I中，第六特徵是可選的。
[0085]在第七特徵中，包括第五或第六特徵的紅外線輻射元件I包括分別設置在加熱元件層4的與第一絕緣層3相反表面的兩端處的該對電極7和7。請注意，在本實施例的紅外線輻射元件I中，第七特徵是可選的。
[0086]換句話說，包括第一、第四、第五和第七特徵的紅外線輻射元件I包括:襯底2 ;設置在襯底2的表面21上的第一絕緣層3 ;直接設置在第一絕緣層3的與襯底2相反側上的加熱元件層4 ;與襯底2的表面21的側部處的加熱元件層4的外周接觸的一對電極7和7 ;和，在第一絕緣層3的與襯底2相反側處直接設置在加熱元件層4上並且透過從加熱元件層4發射的紅外線輻射的第二絕緣層5。襯底2具有暴露第一絕緣層3的與加熱元件層4相反表面的開口 2a。加熱元件層4的薄層電阻被選擇成，抑制紅外線發射率由於第二絕緣層5和與第二絕緣層5接觸的氣體之間的阻抗失配方面的降低。
[0087]在第^^一特徵中，在包括第一到第十特徵中任一項的紅外線輻射元件I中，加熱元件層4是氮化鉭層或者導電的多晶矽層。請注意，在本實施例的紅外線輻射元件I中，第十一特徵是可選的。
[0088]換句話說，在第i^一特徵中，加熱元件層4是由氮化鉭或者導電的多晶矽製成的。
[0089]在這方面，就紅外線輻射元件的紅外線輻射而言的輸出近乎與發射紅外線輻射的層(第一實施例中的加熱元件層4)的紅外線發射率成正比。在這方面，通常已知的是，紅外線發射率近乎與發射紅外線輻射的物體(第一實施例中的加熱元件層4)的溫度的四次方成正比。請注意，加熱元件層4的溫度與施加至加熱元件層4的熱量(功率)成正比而與加熱元件層4、第一絕緣層3和第二絕緣層5的熱容量成反比。層的熱容量與每單位面積的層的厚度成正比。
[0090]在傳統的紅外線輻射元件中，如專利文件I中所述，例如，為了增加就紅外線輻射而言的輸出，採用增加發射紅外線輻射的層(輻射表面層)的體積的方式，並且加厚輻射表面層(在專利文件I中，輻射表面層的厚度為大約I μ Π1)。然而，在紅外線輻射元件中，越厚的輻射表面層具有越大的熱容量，並且因此，與包含更薄輻射表面層的紅外線輻射元件相t匕，就紅外線輻射而言的輸出實際上可以更小。更厚的輻射表面層比更薄的輻射表面層需要更大的功率來加熱至一溫度(假設所述更厚的輻射表面層和更薄的輻射表面層除了它們的厚度之外是相同的)。因此，即使當給更厚輻射表面層和更薄輻射表面層施加相同功率時，更厚輻射表面層的溫度的增加小於更薄輻射表面層的溫度的增加。因此，存在更厚輻射表面層的紅外線發射率小於更薄輻射表面層的顧慮。
[0091]另外，為了提供高輸出的紅外線輻射，具有更厚輻射表面層的紅外線輻射元件需要更大功率。因此，就具有更厚輻射表面層的紅外線輻射元件而言，很難降低能量消耗。
[0092]相反，在第一實施例的紅外線輻射元件I中，為了提高紅外線輻射的輸出，可以將加熱元件層4的阻抗設計成能匹配與第二絕緣層5接觸的空間的阻抗。因此，在紅外線輻射元件I中，即使當發射紅外線輻射的層(加熱元件層4)比傳統紅外線輻射元件的薄(例如，0.2μπι)時，加熱元件層4具有相對更大的紅外線發射率(大約50%)。換句話說，在第一實施例的紅外線輻射元件I中，使加熱元件層4的阻抗匹配與第二絕緣層5接觸的空間的阻抗，並且因此有可能在不增加加熱元件層4的熱容量的情況下(即，在不加厚加熱元件層4的情況下)提高紅外線發射率和紅外線輻射元件I的輸出。
[0093]通常已知的是，物體的熱時間常數與物體的熱容量成正比。因此，在其中發射紅外線輻射的層(輻射表面層)被加厚的傳統紅外線輻射元件中，增加了熱時間常數以及紅外線輻射層的熱容量。因此，就傳統紅外線輻射元件而言，很難增加響應速度。
[0094]相反，在第一實施例中，有可能在不增加加熱元件層4的熱容量的情況下提供高輸出的紅外線輻射元件I。因此，有可能減小高輸出的紅外線輻射元件I的加熱元件層4的熱時間常數。因此，有可能增加紅外線輻射元件I的輸出和紅外線輻射元件I的響應速度。
[0095]因此，第一實施例的紅外線輻射元件I能實現降低能量消耗和增加響應速度兩者。換句話說，在第一實施例的紅外線輻射元件I中，有可能降低能量消耗並增加響應速度。
[0096]總之，在紅外線輻射元件I中，有可能減小襯底2的表面21上的疊層單元(本文中，由第一絕緣層3、加熱元件層4和第二絕緣層5組成)的熱容量，並抑制加熱元件層4的發射率的降低。因此，在第一實施例的紅外線輻射元件I中，有可能降低能量消耗和響應速度。在這方面，在紅外線輻射元件I中，減小了襯底2的表面21上的疊層單元的熱容量，並且因此有可能增加加熱元件層4的溫度變化對施加於該對襯墊9和9之間的電壓波形的響應速度。因此，促進了加熱元件層4的溫度增加，並且因而有可能提高輸出和響應速度。
[0097]在紅外線輻射元件I中，襯底2是由單晶矽襯底製成的，並且第一絕緣層3是由氧化矽膜和氮化矽膜組成的。因此，在紅外線輻射元件I中，襯底2的熱容量和熱導率分別大於第一絕緣層3的，並且因此襯底2起到散熱器的作用。因此，有可能減小紅外線輻射元件I的尺寸並提高對輸入功率的響應速度和就紅外線輻射的輻射特性而言的穩定性。
[0098]在紅外線輻射元件I中，加熱元件層4是由氮化鉭製成的，氮化鉭具有比矽更高熔點。因此，當除加熱元件層4之外組成膜片單元的更多構件(第一實施例中的第一絕緣層
3、第二絕緣層5、電極7和電連接器8)各具有比加熱元件層4更高熔點時，有可能使加熱元件層4的溫度增加至矽的最高操作溫度(稍微比矽的熔點低的溫度)以形成襯底2。因此，與紅外發射二極體相比，有可能極大地增加紅外輻射的輻射量。另外，在紅外線輻射元件I中，當至少每個電極7接觸加熱元件層4的那部分是由具有比矽更高熔點的金屬製成時，有可能與電極7的材料無關地增加加熱元件層4的溫度。
[0099]簡單地說，當除加熱元件層4之外組成膜片單元的更多構件是由具有比加熱元件層4更高熔點的材料製成時，有可能使加熱元件層4的溫度增加至稍微低於加熱元件層4的熔點的溫度。請注意，加熱元件層4的溫度是指加熱元件層4的中心(重心周圍)周圍部分的溫度。
[0100]當加熱元件層4是由例如氮化鉭的高熔點材料(具有高熔點的材料)製成時，組成膜片單元的更多構件(第一絕緣層3、第二絕緣層5、電極7和電連接器8)可以是由以下高熔點材料製成的。
[0101]用於第一絕緣層3和第二絕緣層5的高熔點材料可以例如是具有高熔點的絕緣體(例如，氧化矽和氮化矽)。
[0102]用於電極7和電連接器8(配線8a)的高熔點材料可以選自於:具有高熔點的金屬(例如，鉭、鎢和鑰)；具有高熔點的貴金屬(例如，鉬、釕和銥)；和具有高熔點的導電材料(導電的單晶矽、導電的多晶矽、導電的單晶鍺、導電的多晶鍺和導電的碳)。請注意，在第一實施例中，電連接器8是由鉭(Ta)製成的。
[0103]當電連接器8是由上述具有高熔點的貴金屬製成時，甚至在電連接器8被暴露的情況下有可能抑制電連接器由於升高加熱元件層4的溫度中的氧化的電阻方面的變化。
[0104]該高熔點材料比用於襯底2的材料具有更高熔點是足夠的。例如，當襯底2是由矽製成的時，高熔點材料選自於具有比矽更高熔點的材料。
[0105]當除了加熱元件層4之外組成膜片單元的更多構件(例如，電連接器8)具有比加熱元件層4更低熔點時，加熱元件層4的溫度(加熱元件層4的中心周圍部分的溫度)可以被升高至一溫度，該溫度稍低於具有組成膜片單元的那些構件中的最低熔點的構件的熔點。在這方面，加熱元件層4的靠近其外周的部分可能釋放更多熱量。另外，加熱元件層4的靠近襯底2的部分可能釋放更多熱量。因此，加熱元件層4的外周的溫度低於加熱元件層4的中心周圍部分的溫度。此外，與加熱元件層4的外周接觸的電連接器8在與加熱元件層4接觸部分處和其附近實質上具有與加熱元件層4的外周相同的溫度。然而，如上所述，加熱元件層4的外周的溫度比加熱元件層4的中心周圍部分的溫度低某一程度。因此，當加熱元件層4的中心周圍部分的溫度被設置成稍低於具有組成膜片單元的那些構件中的最低熔點的構件的熔點時，能穩定地使用紅外線輻射元件I。如上所述，第一實施例的紅外線輻射元件I包括除第一到第七特和第十一特徵外的以下第十特徵。
[0106]在第十特徵中，電連接器8是由鉭製成的。請注意，在第一實施例的紅外線輻射元件I中，第十特徵是可選的。
[0107]在紅外線輻射元件I中，加熱元件層4、電極7、配線8a和襯墊9優選關於紅外線輻射元件I的中線對稱地設置，該中線垂直於其中該對電極7和7在平面圖中設置的方向(沿著厚度方向看(對於圖1A的紙張的垂直方向；圖1B中的豎直方向))。也就是說，紅外線輻射元件I中加熱元件層4側部處的結構在平面圖中關於穿過紅外線輻射元件I中心的紅外線輻射元件I的長度方向(圖1A中的豎直方向；對於圖1B的紙張的垂直方向)的假想線對稱。簡單地說，該對電連接器8關於所述中線對稱地設置。該中線穿過加熱元件層4的重心並且沿預定方向延伸。該對襯墊9設置成平行於該預定方向延伸。因此，有可能進一步提高紅外線輻射元件I的機械強度並且抑制加熱元件層4的溫度的平面內變化。在本實施例中，加熱元件層4和除該對電連接器8之外的電極7關於中線對稱地設置。換句話說，紅外線輻射元件I的結構是關於一假想線2重對稱的，該假想線作為旋轉軸線並且沿紅外線輻射元件I的厚度方向延伸並穿過加熱元件層4的表面的表面中心。
[0108]如上所述，第一實施例的紅外線輻射元件I包括除第一到第七、第十和第十一特徵外的第八特徵。在第八特徵中，紅外線輻射元件I包括:定位在其中在平面圖中未設置開口 2a的區域中的一對襯墊9 ;和將該對襯墊9各自地電連接至一對電極7的一對電連接器8。該對襯墊9設置成平行於該預定方向延伸。該對電連接器8關於穿過加熱元件層4的重心並沿該預定方向延伸的中線對稱地設置。請注意，在第一實施例的紅外線輻射元件I中，第八特徵是可選的。
[0109](第二實施例)
[0110]以下將基於圖2A和2B來描述第二實施例的紅外線輻射元件I。
[0111]如同第一實施例的紅外線輻射元件I，第二實施例的紅外線輻射元件I包括上述第一到第八、第十和第十一特徵。然而，第二實施例的紅外線輻射元件I在以下方面不同於第一實施例的紅外線輻射元件1:僅在第一絕緣層3的膜片部分3D沿厚度方向(對於圖2A的紙張的垂直方向；圖2B中的豎直方向)的凸起區域中形成第二絕緣層5。簡單地說，第二實施例的紅外線輻射元件I在其上形成第二絕緣層5的區域方面不同於第一實施例的紅外線輻射元件I。具體地說，在第二實施例的紅外線輻射元件I中，第二絕緣層5形成在其中在平面圖中的表面21處形成開口 2a的膜片區域內。請注意，與第一實施例相同的構成元件被賦予相同的附圖標記，並且省略了其說明。
[0112]在第二實施例的紅外線輻射元件I中，與第一實施例的紅外線輻射元件I相比較，有可能減小襯底2的表面21上的疊層單元(第一絕緣層3、加熱元件層4和第二絕緣層5)的熱容量。因此，有可能進一步降低能量消耗。
[0113](第三實施例)
[0114]以下將基於圖3A和3B來描述第三實施例的紅外線輻射元件I。
[0115]如同第一實施例的紅外線輻射元件I，第三實施例的紅外線輻射元件I包括上述第一到第八、第十和第十一特徵。然而，第三實施例的紅外線輻射元件I在以下方面不同於第一實施例的紅外線輻射元件1，一個電連接器8是由兩個或更多個配線8a構成的。換句話說，第三實施例的紅外線輻射元件I包括除第一到第八、第十和第i^一特徵外的以下第九特徵。具體地說，第三實施例的紅外線輻射元件I在以下方面不同於第一實施例的紅外線輻射元件I，將一個電極7連接至一個襯墊9的一個電連接器8是由兩個配線8a組成的。請注意，與第一實施例相同的構成元件被賦予相同的附圖標記，並且省略了其說明。
[0116]用於將電極7連接至襯墊9的電連接器8是由兩個配線8a和8a組成的。每個配線8a沿對於在平面圖中該對襯墊9和9的平行方向的垂直方向(沿對於圖3A的紙張的垂直方向看；和，沿圖3B中的豎直方向看)連接至加熱元件層4的兩端。也就是說，每個配線8a接觸電極7的一端並且沿紅外線輻射元件I的寬度方向(圖3A和3B中的橫向方向)延伸。因此，在第三實施例的紅外線輻射元件I中，與其中一個配線8a在垂直於如第一實施例的紅外線輻射元件I的平行方向的方向上被連接至加熱元件層4的中心部分的紅外線輻射元件相比，更可能使流過加熱元件層4的電流的電流密度均勻。
[0117]就紅外線輻射元件I而言，存在膜片部分3D因由加熱元件層4中產生的熱量所引起的膨脹或收縮和施加於電連接器8 (配線8a)上的機械應力等而變形的顧慮。在這方面，第三實施例的紅外線輻射元件I具有各將電極7連接至襯墊9的兩對配線8a。因此，即使兩個配線8a中的一個斷開，紅外線輻射元件也是可用的，並且因此有可能提高可靠性和壽命。在第三實施例中，電連接器8是由兩個配線8a組成的，然而電連接器8可以由三個或更多個配線8a組成。
[0118]如上所述，第三實施例的紅外線輻射元件I包括除上述第一到第八、第十和第十一特徵外的第九特徵。
[0119]在第九特徵中，該對電連接器8中的每個是由兩個或更多個配線8a組成的。請注意，在第三實施例的紅外線輻射元件I中，第二、第三、第十和第十一特徵是可選的。
[0120]請注意，在其他實施例中，可以提供各將電極7連接至襯墊9的兩對配線8a。
[0121](第四實施例)
[0122]以下將基於圖4A和4B來描述第四實施例的紅外線輻射元件I。
[0123]如同第一實施例的紅外線輻射元件1，第四實施例的紅外線輻射元件I包括上述第一到第八、第十和第十一特徵。然而，第四實施例的紅外線輻射元件I在以下方面不同於第一實施例的紅外線輻射元件1，加熱元件層4的平面形狀(加熱元件層4在垂直於加熱元件層4的厚度方向(垂直於圖4A的紙張；圖4B中的豎直方向)的平面中的形狀)是圓形。請注意，與第一實施例相同的構成元件被賦予相同的附圖標記，並且省略了其說明。
[0124]在第四實施例的紅外線輻射元件I中，與其中加熱元件層4具有如同第一實施例的紅外線輻射元件I的矩形的平面形狀的紅外線輻射元件相比，有可能進一步抑制加熱元件層4的溫度方面的變化。因此，有可能抑制加熱元件層4的紅外線發射率因熱損失所引起的下降。因此，在第四實施例的紅外線輻射元件I中，有可能降低能量消耗。
[0125]請注意，在第三實施例的紅外線輻射元件I中，加熱元件層4的平面形狀可以是圓形。
[0126](第五實施例)
[0127]以下將基於圖5A和5B來描述第五實施例的紅外線輻射元件I。
[0128]如同第一實施例的紅外線輻射元件I，第五實施例的紅外線輻射元件I包括上述第一到第八、第十和第十一特徵。然而，第五實施例的紅外線輻射元件I在加熱元件層4的平面形狀(加熱元件層4在垂直於加熱元件層4的厚度方向(垂直於圖5A的紙張；圖5B中的豎直方向)的平面中的形狀)方面不同於第一到第四實施例的紅外線輻射元件I。請注意，與第一實施例相同的構成元件被賦予相同的附圖標記，並且省略了其說明。
[0129]第五實施例的紅外線輻射元件I的加熱元件層4的平面形狀是這樣的形狀，即加熱元件層4的寬度(圖5A中的豎直方向上的長度)在電極7處沿該對電極7和7的垂直方向逐漸變小。
[0130]在第五實施例的紅外線輻射元件I中，與其中加熱元件層4具有如同第一實施例的紅外線輻射元件I的矩形的平面形狀的紅外線輻射元件相比，有可能進一步抑制加熱元件層4的溫度方面的變化。因此，有可能抑制加熱元件層4的紅外線發射率由熱損失所引起的下降。因此，在第五實施例的紅外線輻射元件I中，有可能降低能量消耗。
[0131](第六實施例)
[0132]以下將基於圖6A和6B來描述第六實施例的紅外線輻射元件I。
[0133]如同第一實施例的紅外線輻射元件I，第六實施例的紅外線輻射元件I包括上述第一到第八、第十和第十一特徵。然而，第六實施例的紅外線輻射元件I在以下方面不同於第一實施例的紅外線輻射元件1，在其中第一絕緣層3的膜片部分3D與第二絕緣層5重疊的區域中製造出與襯底2的開口 2a連通的多個(圖6A中為六個)通孔3H。換句話說，在第六實施例中，在平面圖中膜片區域以外、未形成加熱元件層4的區域中製造出通孔3H。此夕卜，換句話說，通孔3H形成在其中膜片區域以外未形成加熱元件層4但是形成第一絕緣層3和第二絕緣層5的區域中。在這方面，通孔3H未穿透加熱元件層4但穿透第一絕緣層3和第二絕緣層5至開口 2a。請注意，與第一實施例相同的構成元件被賦予相同的附圖標記，並且省略了其說明。
[0134]多個通孔3H優選被設置成，在平面圖中圍繞加熱元件層4 (沿著對於圖6A的紙張的垂直方向看；沿著圖6B中的豎直方向看)，但是不限於圖6A中所示的實例。每個通孔3H在平面圖中的開口形狀是橢圓形，但是不限於此，並且例如可以是圓形。另外，在圖6A的實例中，每個通孔3H具有沿著加熱元件層4的外周的任一側部延伸的橢圓開口形狀，該外周的側部在平面圖中是矩形的，但不限於具有上述形狀，並且可以具有沿著兩個側部延伸的L形開口形狀或者沿著三個側部延伸的U形開口形狀。
[0135]多個通孔3H優選關於紅外線輻射元件I的中心線對稱地設置，該中心線垂直於其中在平面圖中一對電極7和7設置的方向。
[0136]在第六實施例的紅外線輻射元件I中，製造出上述多個通孔3H，並且因此有可能減少加熱元件層4與襯底2之間的熱傳導。因此，有可能進一步降低能量消耗。
[0137]請注意，在第六實施例的紅外線輻射元件I中，加熱元件層4的平面形狀(加熱元件層4在垂直於加熱元件層4的厚度方向(圖6A的紙張的垂直方向；圖68中的豎直方向)的平面中的形狀)可以是與第四實施例或第五實施例的相同。
[0138](第七實施例)
[0139]以下將基於圖7A和7B來描述第七實施例的紅外線輻射元件I。
[0140]如同第一實施例的紅外線輻射元件1，第七實施例的紅外線輻射元件I包括上述第一到第八、第十和第十一特徵。然而，第七實施例的紅外線輻射元件I在以下方面不同於第一實施例的紅外線輻射元件1，第一絕緣層3、加熱元件層4和第二絕緣層5的疊層單元由支承部分3S通過配線8a和8a支撐在襯底2的開口 2a上方。請注意，與第一實施例相同的構成元件被賦予相同的附圖標記，並且省略了其說明。
[0141]第七實施例的紅外線輻射元件I在第一絕緣層3和第二絕緣層5的疊層中的其整個外周處具有圍繞上述疊層單元的槽縫6，並且該槽縫6與開口 2a連通。
[0142]在第七實施例的紅外線輻射元件I中，與第一實施例相比，有可能減少加熱元件層4與襯底2之間的熱傳導。因此，有可能進一步降低能量消耗。
[0143]請注意，在第七實施例的紅外線輻射元件I中，加熱元件層4的平面形狀(加熱元件層4在垂直於加熱元件層4的厚度方向(圖7A的紙張的垂直方向；圖78中的豎直方向)的平面中的形狀)可以是與第四實施例或第五實施例的相同。
[0144]該實施例的紅外線輻射元件I的用途不限於用於氣敏傳感器的紅外光源，並且可以是用於紅外光通信或者光譜分析的紅外光源。
【權利要求】
1.一種紅外線輻射元件，包括: 第一絕緣層，其具有熱絕緣性能和電絕緣性能； 加熱元件層，其設置在所述第一絕緣層上並且配置成當被供能時發射紅外線輻射；以及 第二絕緣層，其設置在所述加熱元件層的與所述第一絕緣層相反側上並且具有熱絕緣性能和電絕緣性能， 所述第二絕緣層傳送從所述加熱元件層發射的紅外線輻射，以及所述加熱元件層具有這樣的薄層電阻，即所述加熱元件層的阻抗匹配與所述第二絕緣層接觸的空間的阻抗。
2.如權利要求1所述的紅外線輻射元件,其中 所述加熱元件層的薄層電阻被選擇成，所述加熱元件層的紅外線發射率不小於預定值。
3.如權利要求2所述的紅外線輻射元件，其中 所述加熱元件層的薄層電阻落入73Ω/ □到493Ω/ □的範圍內。
4.如權利要求1到3中任一項所述的紅外線輻射元件，還包括襯底， 所述第一絕緣層設置在所述襯底的表面上。
5.如權利要求4所述的紅外線輻射元件，其中 所述襯底具有暴露所述第一絕緣層的開口。
6.如權利要求5所述的紅外線輻射元件，其中 所述加熱元件層定位在其中在平面圖中所述第一絕緣層接觸所述開口的區域中。
7.如權利要求5或6所述的紅外線福射元件,還包括 分別設置在所述加熱元件層的與所述第一絕緣層相反表面的兩端上的一對電極。
8.如權利要求7所述的紅外線輻射元件，還包括: 一對襯墊，其定位在其中在平面圖中未設置開口的區域中；以及 一對電連接器，其將該對襯墊各自地電連接至所述對電極， 所述對襯墊設置成平行於預定方向延伸，以及 所述對電連接器關於穿過所述加熱元件層的重心並沿所述預定方向延伸的中心線對稱地設置。
9.如權利要求8所述的紅外線輻射元件，其中 所述對電連接器中的每個是由兩個或更多個配線組成的。
10.如權利要求8或9所述的紅外線輻射元件，其中 所述對電連接器是由鉭製成的。
11.如權利要求1到10中任一項所述的紅外線輻射元件，其中 所述加熱元件層是由氮化鉭或者導電的多晶矽製成的。
【文檔編號】G01N21/01GK104272086SQ201380024319
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2013年3月12日 優先權日:2012年5月9日
【發明者】永谷吉祥, 渡部祥文, 辻幸司, 桐原昌男, 吉原孝明, 松浪弘貴 申請人:松下智慧財產權經營株式會社