一种抗热冲击型MEMS热电堆芯片的制备方法与流程

一种抗热冲击型mems热电堆芯片的制备方法
技术领域
1.本发明属于红外传感器技术领域，具体涉及一种抗热冲击型mems热电堆芯片的制备方法。

背景技术：

2.受工艺的影响，传统的热电堆红外探测器一直存在响应时间长、探测率低、灵敏度差、结构笨重、生产成本高昂的缺点。但是，随着半导体技术的高速发展，借助于常规的cmos与mems工艺及技术，热电堆芯片的性能被极大地优化，并被更加广泛地生产和应用。
3.与热释电探测器、测辐射热计等其他热探测器以及光子探测器相比，新型的mems热电堆红外探测器具有无需额外偏置电路、无需目标物体移动、宽光谱响应、可室温工作、功耗低以及良好的性价比等一系列独特优点。因而在健康医疗、安防监控、气体检测、智能家电、智能汽车、智能家居、物联网和工业流程自动化等方面展现出广阔的应用前景。
4.在传统的mems热电堆芯片中，技术人员为了实现更高的信号强度，通常会对热电堆层中的热结区域对应的部分衬底进行局部掏空，进而抑制热结区域的热传导，增大热结区域和冷结区域的温差。但是，这种传感器在实际应用过程中，当外界环境温度发生剧烈波动，例如温差变化速率超过10℃/s时，探测器的热堆芯片冷热端就会因为热量传递效率不一致而出现热失衡，并导致传感器输出的电压信号出现过冲现象。这极大影响传感器的性能稳定性和检测结果的准确性，严重时甚至会直接对mems热电堆芯片造成不可逆的损伤。
5.现有技术人员在克服mems芯片的信号过冲故障时，通常选择从产品封装角度和信号处理等方面进行处理；例如，采用恒温外壳作为热沉，或在算法中延长采样周期。这虽然能够在一定程度上减缓热失衡和过冲幅度。但是，这传统的处理方式只能从信号层面对故障进行抑制或优化，无法从根本上消除mems芯片固有结构产生的这一性能缺陷；属于治标不治本的解决方案。

技术实现要素：

6.为了解决传统mems热电堆芯片在温度剧烈变化条件下容易发生热失衡和产生信号过冲现象的问题，本发明提供一种抗热冲击型mems热电堆芯片的制备方法。
7.本发明采用以下技术方案实现：
8.一种抗热冲击型mems热电堆芯片的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
9.(1)衬底的预处理
10.选择单晶硅中晶向《100》的界面作为作业面，对单晶硅进行双面抛光；并对抛光后的单晶硅进行清洗和烘干。
11.(2)衬底的表面氧化
12.采用干法热氧化工艺对单晶硅进行氧化，形成双面氧化硅膜层。
13.(3)支撑层的制备
14.在硅衬底的其中一个作业面上沉积预设量的支撑层材料，形成所需的支撑层。
15.(4)下层热电偶的制备
16.在支撑层上方沉积预设量的热电偶材料，然后根据设计出的热电偶分布图通过光刻与刻蚀工艺对热电偶材料层进行局部刻蚀，形成下层热电偶阵列。
17.(5)第一隔离层的制备
18.在下层热电偶阵列表面沉积与预设量的绝缘层材料，形成第一隔离层。第一隔离层完全覆盖下层热电偶阵列。
19.(6)上层热电偶的制备
20.在第一隔离层上沉积预设量的热电偶材料，然后根据设计出的热电偶分布图通过光刻与刻蚀工艺对热电偶材料层进行局部刻蚀，形成上层热电偶阵列。并在上层热电偶阵列上方继续沉积第一隔离层，以使得第一隔离层完全包裹上层热电偶和下层热电偶。
21.其中，上层热电偶阵列和下层热电偶阵列中各条热电偶相互平行且位置重合；下层热电耦的臂长大于上层热电偶，并使得同一位置处的下层热电偶的冷结端和热结端均相对上层热电偶向外伸出。
22.(7)电连接孔的制备
23.采用光刻与刻蚀工艺对上层热电偶阵列和下层热电偶阵列中各条热电偶的冷结端和热结端处的第一隔离层进行局部刻蚀，以暴露对应位置处的下层热电偶和上层热电偶的两个端点，形成所需的竖向的电连接孔。
24.(8)电极的形成与连接
25.利用磁控溅射工艺在第一隔离层表面沉积电极材料，电极材料填充电连接孔并覆盖在第一隔离层表面，形成电极层。然后通过光刻与刻蚀工艺对电极层进行局部刻蚀，去除多余的电极材料；形成使得各个热电偶相互串联的电极，以及两个对应的电极焊盘。
26.(9)第二隔离层的制备
27.在下层热电偶阵列表面沉积与预设量的绝缘层材料，形成第二隔离层；第二隔离层完全覆盖上层热电偶阵列、各条电极，以及对应的电极焊盘。然后通过光刻与刻蚀工艺对第二隔离层进行局部刻蚀，以使电极焊盘暴露。
28.(10)光学吸收层的制备
29.在第二隔离层上方沉积预设量的光学吸收层材料，并形成具有不同形貌和高宽比的纳米森林表面结构。然后通过光刻与刻蚀工艺对光学吸收层进行局部刻蚀，以使光学吸收层仅分布于对应下方热电堆层中热结区域的位置。
30.(11)衬底的局部镂空
31.利用湿法或干法腐蚀工艺对衬底背面的预设区域进行腐蚀，腐蚀深度以达到支撑层为限；衬底中形成的空腔尺寸完成覆盖热电堆层中的热结区域和冷结区域，并使得热电堆层中各个热电偶的冷结端点与镂空部分外缘的实心区域间距为100-200μm；进而得到所需的热电堆芯片。
32.作为本发明进一步的改进，步骤(1)中，抛光后的单晶硅的清洗和烘干过程包括：采用由h2o2和h2so4混合而成的清洗液进行单晶硅进行酸洗，然后用去离子水对单晶硅进行冲洗后，最后在高温氮气对单晶硅进行吹干，并置于无尘环境中待用。
33.作为本发明进一步的改进，步骤(3)中，支撑层采用氧化硅或氮化硅制备的单一结构层，或采用氧化硅、氮化硅以及部分高熔点金属材料制备而成的多层复合膜结构层。
34.作为本发明进一步的改进，步骤(4)和(6)中的上层热电偶和下层热电偶的材料选择半导体掺杂多晶硅、铝或金；步骤(5)和(9)中的第一隔离层和第二隔离层的材料采用氧化硅或氮化硅。
35.作为本发明进一步的改进，步骤(10)中，采用高压氮气蒸发工艺沉积光学吸收层材料，并通过调节控制氮气压力得到不同形貌和高宽比的纳米森林结构，形成所需的宽光谱、高吸收的光学吸收层；光学吸收层材料包括单质硅、金，以及铂金属。
36.作为本发明进一步的改进，在步骤(11)中衬底局部镂空之前增加制备第一反射层的步骤，具体工艺如下：
37.在第二隔离层上方沉积预设量的反射层材料，然后通过光刻与刻蚀的工艺去除除冷结区域以外的其余位置处的反射层，形成所需的第一反射层；反射层材料采用由ag、au、cu、al中的任意一种材料制备而成的单一金属镀层薄膜，或由ag、au、cu、al中的任意多种材料按照任意顺序逐层沉积形成的复合膜层。
38.作为本发明进一步的改进，在步骤(3)的支撑层制备之后增加一个制备第二反射层的步骤，具体如下：
39.在支撑层上方沉积预设量的反射层材料，然后通过光刻与刻蚀工艺对反射层材料进行局部刻蚀，以使制得的第二反射层位于支撑层中央对应预留热结区域的位置上；并在第二反射层上沉积第三隔离层。
40.反射层材料采用由ag、au、cu、al中的任意一种材料制备而成的单一金属镀层薄膜，或由ag、au、cu、al中的任意多种材料按照任意顺序逐层沉积形成的复合膜层；第三隔离层的材料采用氧化硅或氮化硅。
41.作为本发明进一步的改进，在生成上述各步骤对应结构层的沉积工艺中，对于金属或半导体材料的沉积选择采用磁控溅射法，其它材料的沉积选择采用pecvd或lpcvd工艺。
42.作为本发明进一步的改进，支撑层、下层热电偶、第一隔离层、上层热电偶、电极层、第二隔离层、光学吸收层、第一反射层、第二反射层的详细制备工艺包括：
43.a.沉积预设膜层；b.旋涂光刻胶；c.根据设计的膜层结构对光刻胶图案化；d.刻蚀预设膜层；e.去除光刻胶。
44.本发明提供的技术方案，具有如下有益效果：
45.本发明提供的制备方法可以生产出不同于现有结构的新的mems热电堆芯片，该热电堆芯片的特征包括：(1)热电堆层中冷结区域和热结区域均处于悬浮的衬底镂空区域内。(2)冷结区域呈环状排布，热结区域位于冷结区域内。(3)各热电偶的冷结区域距衬底实心部分的距离相同。(4)光学吸收层位于热结区域上方。(5)冷结区域上方设置第一反射层。(6)热结区域下方设有第二反射层。
46.本发明的方案使得整个热电堆层的热结区域和冷结区域均处于由镂空部分构成的悬浮区域内。这种改进虽然与增强信号强度的目标背道而驰，却可以使得热电堆层的冷结区域和热结区域的散热条件趋于一致，进而从结构层面消除了器件在温差剧烈变化条件下的热失衡和信号过冲现象；最终提升mems热电堆芯片的抗热冲击性能。
47.本发明针对衬底腐蚀工艺产生的矩形镂空结构，还针对性地设计了两种不同的热电堆层的布局方案，保证热电偶阵列中各个冷结端点与附近的实心衬底区域的距离保持一
致，从而保证各个热电偶的温度梯度和散热条件保持均匀，从而提升了器件的信号质量。同时，本发明还通过控制冷结端和衬底的实心部分的间距处于100-200μm的区间内，使得mems热电堆芯片在保证抗热冲击性能的基础上，器件的冷热端温差不至于过小，从而保证器件的信号强度能够达到要求。
48.此外，本发明通过在器件的冷结区域和热结区域的不同方向设置红外反射层，使得光学吸收层能够更充分地吸收红外辐射并转化热量传递至热结端，同时抑制冷结端吸收红外辐射并产热。进而使得前述改进中扩大衬底镂空产生的负面效应被抵消，进一步提升该类抗热冲击的mems热电堆芯片检测过程中的信号强度和信号质量，使得mems芯片的性能更加均衡。
附图说明
49.图1为本发明实施例1中提供的一种抗热冲击的mems热电堆芯片的产品结构示意图。
50.图2为图1中mems热电堆芯片沿纵向半剖面的结构示意图。
51.图3为mems热电堆芯片中热结区和冷结区的位置分布图，图中a区域为热结区，b区域为冷结区。
52.图4为图1中的mems热电堆芯片按功能划分后的分层结构示意图。
53.图5为图1中的mems热电堆芯片的热电堆层中热电偶阵列的结构布局图。
54.图6为图4中热电堆层进一步细分后的结构爆炸图(图中电极层未完整示出)。
55.图7为一个具有8条热电偶的双层热电偶阵列中各条热电偶的电连接关系示意图。
56.图8本发明mems热电堆芯片可以采用的另外一种热电偶阵列的结构布局图。
57.图9为采用图8中热电堆阵列布局方式后的mems热电堆芯片的结构示意图。
58.图10为图1中mems热电堆芯片增加第一反射层后的产品结构示意图。
59.图11为图10中mems热电堆芯片在支撑层上表面增加第二反射层后的产品分层结构示意图。
60.图12为实施例2提供的制备不包括第一反射层和第二反射层的抗热冲击型mems热电堆芯片的工艺流程图。
61.图13为实施例2提供的制备包括第一反射层和第二反射层，且第二反射层位于支撑层下方的抗热冲击型mems热电堆芯片的工艺流程图。
62.图14为实施例2提供的制备包括第一反射层和第二反射层，且第二反射层位于支撑层上方的抗热冲击型mems热电堆芯片的工艺流程图。
63.图中标记为：
64.1、衬底；2、支撑层；3、热电堆层；4、光学吸收层；5、电极焊盘；6、第一反射层；7、第二反射层；31、下层热电偶阵列；32、上层热电偶阵列；33、隔离层；331、第一隔离层；332、第二隔离层。
具体实施方式
65.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步地详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并
不用于限定本发明。
66.实施例1
67.本实施例提供一种抗热冲击的mems热电堆芯片，如图1所示，与常规mems热电堆芯片的方案一样，该款芯片产品也包括由下至上叠层设置的衬底1、支撑层2、热电堆层3和光学吸收层4。衬底1中央部分镂空，支撑层2位于衬底1上表面并覆盖衬底1的镂空部分。热电堆层3位于支撑层2上方；热电堆层3包括由多个彼此串联的热电偶依次排列进而构成一个双层的热电偶阵列，以及包裹在热电偶阵列外的隔离层33。本实施例中的衬底1采用硅衬底1；支撑层2为采用氧化硅或氮化硅制备的单一结构层，或采用氧化硅和氮化硅制备的多层复合膜结构层。光学吸收层4采用具有宽吸收谱和高吸收率的黑硅、黑金或黑铂材料。
68.该型mems热电堆芯片的工作原理在于：光学吸收层4吸收外界的红外辐射，并将辐射能转换为内能；光学吸收层4内能增大，温度升高，并将部分热量传导至热电堆层3的热区，使得热区温度升高。基于塞贝克效应可知，热电堆层3的冷端和热端出现温差后会在两个电极出产生相应的电压信号；最终实现对红外辐射的进行定量检测。
69.特别地，为了提升器件的抗热冲击性能，如图2所示，本实施例提供的mems热电堆芯片的方案通过对热电偶阵列的结构分布进行优化，使得热电偶阵列中每条热电偶的热结端均位于衬底1的中央，形成热结区域；每条热电偶的冷结端均位于靠近衬底1周向边缘的区域，形成冷结区域。特别地，如图3和4所示，本实施例进一步扩大衬底1中的镂空区域，将热电堆中的冷结区域和热结区域均设置在对应衬底1中镂空部分的区域(悬浮区)。此外，本实施例中的光学吸收层4位于热电堆层3上表面对应热结区域的位置，并采用和热结区域相吻合的布局方式。本实施例中的光学吸收层4还采用多孔的表面微结构来拓宽红外吸收光谱和提高吸收率。
70.传统的mems热电堆器件中，出现冷热端热失衡和信号过冲现象的原因是：位于热结端的衬底1的采用局部镂空设计，因此热电偶的热结端的热传导较差；而位于冷结端的衬底1是实心的，因而冷结端的散热效果会远优于热结端。因此，当环境温度发生剧烈变化时，mems热电堆的冷区温度可以相对环境温度产生快速响应，适应性调整自身温度以适应环境变化。而热区则由于热传导不良而导致温度不断升高，并最终使得热电堆的冷热区温差超过设计上限，即出现热失衡。热失衡的同时也会导致电极端输出的电压信号过冲。
71.而这本实施例中，由于将热电堆层3的冷区和热区均设置在支撑层2中的悬浮区，这使得冷区和热区的热传导条件趋于一致，因此及时环境温度发生剧烈变换，冷却和热区的温度变化幅度也是相对趋同的，这避免了mems热电堆芯片的冷区和热区发生热失衡；也保持器件输出的信号的平稳性，消除了环境温度变化导致的信号过冲的问题。
72.如图5所示，本实施例热电堆层3中的热电偶阵列采用内圆外方的中心放射状排列。而热电堆层3的结构大致可拆解为如图6所示的五个部分，即：下层热电偶阵列31、上层热电偶阵列32；第一隔离层331、第二隔离层332，以及连接各条热电偶的电极和对应的电极焊盘5。其中，第一隔离层331完整包裹下层热电偶阵列31和上层热电偶阵列32，第一隔离层331还包括分布在下层热电偶阵列31和上层热电偶阵列32之间的部分，用于使得二者不接触。电极和对应的电极焊盘5覆盖在第一隔离层331上方，并通过贯穿第一隔离层331的电连接孔与内部的热电偶电连接。第二隔离层332覆盖在电极以及对应的电极焊盘5上。
73.其中，上层热电偶阵列32和下层热电偶阵列31采用半导体掺杂多晶硅、铝或金制
备而成；而第一隔离层331和第二隔离层332实际上是一种绝缘层，用于对上层热电偶阵列32、下层热电偶阵列31以及电极进行电气隔离。本实施例中采用氧化硅作为第一隔离层331和第二隔离层332的材料。
74.在图5的热电偶阵列布局方式中，热电堆层3中的热结区域位于由各个热电偶靠内一侧的端部构成的圆环区域内；冷结区域位于由各个热电偶靠外一侧的端部构成的方环区域内。同时，本实施例中设计的这种特殊的热电偶阵列中，每个热电偶的冷结端距镂空部分边沿的实心部分的最短距离相同，且为100-200μm。100-200μm的间距是本实施例方案中优选的结构参数。在这种间距条件下，热结区域和衬底1实心区域的距离恰好可以实现在抑制热传导效果和保持热结区和冷结区的温差最大化之间取得平衡；使得器件既具备良好的抗热冲击性能，又能最大程度降低器件在信号强度方面的损失。
75.特别地，本实施例的设计中，将各条热电偶的冷结端与衬底1实心部分的距离保持一致(均设置为100-200μm)，可以使得各条热点偶冷端和热端间的温度梯度分布大致均匀，进而有助于改善器件检测过程中的信号质量。
76.基于上述原因，需要额外说明的的是：本实施例之所以将热电偶阵列的冷区的分布区域设置成如图5所示的方环形，主要是因为常规mems工艺生成的热电堆芯片的都是矩形，而采用干法腐蚀或湿法腐蚀工艺加工出的衬底1中央的镂空区域的形状通常也是矩形的。但是在其它实施例中，如果可以在衬底1中加工出其它形状的镂空区域(如圆形)；并且在工艺难度、良率、生产成本、产品性能等指标上不弱于图5方案。那么，热电偶阵列的结构布局也可以适应性地设计为其它形式(例如设计为双层的圆环形布局)。
77.正如前文所言，在双层热电偶阵列中，上层热电偶阵列32和下层热电偶阵列31中的各条热电偶实际上是相互串联的，并从两端引出两条电极，连接电极焊盘5上。以下以仅包括4对热电偶的简化热电偶阵列对热电偶阵列各条热电偶的接线方式进行说明。如图7所示，在热电偶阵列中，按照拟时针顺序，各条热电偶依次为a1、a2、b1、b2、c1、c2、d1、d2；首先，对于各条热电偶的热结端，按照不同层中相同位置处的热点偶的热结端之间依次电连接的方式进行接线。即：a1连a2，b1连b2，c1连c2、d1连d2。而对于各个热点偶的冷结端，则是按照相邻热电偶不同层交替相连的方式进行接线。即：d1连a2、a1连b2，b1连c2、c1和d2引出并连接到两个电极焊盘5上。
78.需要说强调的是：图7中仅仅是用于表示各热电偶连接关系的示意图，在实际的mems热电堆芯片中，各个热电偶位于第一隔离层331内；而电极的连线是位于第一隔离层331表面的，二者通过贯穿第一隔离层331的各个电连接孔内的电极材料进行导通。
79.此外，虽然图7是以按照中心放射状排列的热电偶阵列进行举例的，但在其它方案中，即使采用其它方式进行热电偶布局，仍可以采用相同的接线原则对各条热电偶进行电连接。本实施例中，用于连接热电偶的导电材料选择金属铝或金属铜等。
80.图8为设计出的不同于本实施例中图5的另外一种热电偶阵列的布局方式。具体的，图8中热电堆层3中的热电偶阵列由四个呈直角等腰梯形状分布的热电偶组按照中心对称的方式旋转排列得到。其中，每个热电偶组由多个长度呈伯努利分布状排列的平行的热电偶构成。此时，热电堆层3中的热结区域位于由各个热电偶靠内一侧的端部构成的十字交叉区域内；冷结区域位于由各个热电偶靠外一侧的端部构成的方环区域内。相应地，采用该型热电偶阵列的布局方式是，生产的mems热电堆芯片的结构大致如图9所示。该方案与图1
方案的相比，图8中的光吸收层也根据热结区域的特殊分布状况的而调整为十字交叉型；同时，光吸收层仍处于衬底1中央。
81.图5和图8仅为本实施例中列举出的两种可行的热电偶阵列的布局方式。事实上，本实施例的热电偶阵列的布局方式还可以采用任何满足如下两点要求的方案：(1)冷结区域呈环状位于靠外的一侧，热结区域位于环状的冷结区域内。(2)热结区域的环形与衬底1的镂空区域的外轮廓相匹配，以使得各个热电偶的冷结端可以设置为距衬底1实心部分的距离相同。
82.在本实施例进一步优化的方案中，如图10所示，热电堆层3上表面还设有第一反射层6，第一反射层6覆盖在热电偶阵列中的冷结区域上表面，第一反射层6用于反射照射到冷结区域的外界红外辐射。
83.通过第一反射层6可以将照射到冷结区域局部的红外辐射对外进行反射，进而保证在mems热电堆芯片工作过程中，热结区域可以有效传导光吸收层转换的内能，冷结区域对红外辐射则完全无法利用。这里可以在一定程度上弥补因冷结区域“收缩”到悬浮区内造成信号强度损失，提高器件的信号强度和灵敏度。
84.在其它更优化的实施例中，如图11所示，支撑层2的上表面或下表面还可以设置第二反射层7，第二反射层7位于对应所述热电偶阵列中的热结区域的局部位置。第二反射层7用于反射热结区域朝向衬底1一侧的红外辐射。
85.第二反射层7和第二反射层7的结构和功能不同，但是设计目标是一致的，都是用于在mems热电堆芯片工作过程中增强器件的信号强度，第二反射层7的工作原理在于：在光学吸收层4吸收红外辐射并导致热电堆层3的热结区域温度升高时，理论上应将所有转换的能量用于加热热结区域，进而提高检测精度。但是，光学吸收层4在向热结区域进行热传递时实际上会存在能量损耗的。例如，朝向衬底1一侧的热传导就属于损耗的一种，这类损耗可以通过衬底1进行局部镂空的方式进行抑制。另外一种损耗则是朝向衬底1一侧的红外辐射，光学吸收层4和热结区域的材料在高温状态下都会朝衬底一侧发出红外辐射。第二反射层7的设计则是为了将这部分红外辐射反射回去，降低损耗，进而导致热结端点的升温幅度达到最大化，增强mems热电堆芯片的信号强度和灵敏度。
86.特别地，第二反射层7设置在支撑层2上方，考虑到反射层材料可能具有导电性，因此需要在第二反射层7和下层热电偶阵列31间增加一层超薄的第三隔离层。第三隔离层采用与第一隔离层331和第二隔离层332相同的材料制备而成。
87.在上述改进方案中，第一反射层6和第二反射层7采用由ag、au、cu、al中的任意一种材料制备而成的单一金属镀层薄膜，或由ag、au、cu、al中的任意多种材料按照任意顺序和层数叠加形成的复合膜层。
88.实施例2
89.本实施例提供一种用于制备实施例1中的抗热冲击型mems热电堆芯片的制备方法；考虑到实施例1中的产品的方案包括多型，以下按照不同的方案进行说明。
90.方案一
91.该方案用于制备实施例1中对应的不具有第一反射层和第二反射层的mems热电堆芯片。如图12所示，该制备方法包括如下步骤：
92.(1)衬底的预处理
93.选择单晶硅中晶向《100》的界面作为作业面，对单晶硅进行双面抛光；并对抛光后的单晶硅进行清洗和烘干。
94.抛光后的单晶硅的清洗和烘干过程包括：采用由h2o2和h2so4混合而成的清洗液进行单晶硅进行酸洗，然后用去离子水对单晶硅进行冲洗后，最后在高温氮气对单晶硅进行吹干，并置于无尘环境中待用。
95.(2)衬底的表面氧化
96.采用干法热氧化工艺对单晶硅进行氧化，形成双面氧化硅膜层。
97.(3)支撑层的制备
98.在硅衬底的其中一个作业面上沉积预设量的支撑层材料，形成所需的支撑层。
99.本实施例中支撑层可以采用由氧化硅或氮化硅制备的单一结构层，或采用由氧化硅、氮化硅，以及部分高熔点金属材料中的多种进行组合，进而制备出的多层复合膜结构层。
100.(4)下层热电偶的制备
101.在支撑层上方沉积预设量的热电偶材料，然后根据设计出的热电偶分布图通过光刻与刻蚀工艺对热电偶材料层进行局部刻蚀，形成下层热电偶阵列。下层热电偶的材料选择半导体掺杂多晶硅、铝或金。
102.(5)第一隔离层的制备
103.在下层热电偶阵列表面沉积与预设量的绝缘层材料，形成第一隔离层；第一隔离层完全覆盖下层热电偶阵列。第一隔离层沉积的绝缘层材料采用氧化硅或氮化硅。
104.(6)上层热电偶的制备
105.在第一隔离层上沉积预设量的热电偶材料，然后根据设计出的热电偶分布图通过光刻与刻蚀工艺对热电偶材料层进行局部刻蚀，形成上层热电偶阵列。上层热电偶的材料选择半导体掺杂多晶硅、铝或金。
106.其中，上层热电偶阵列和下层热电偶阵列中各条热电偶相互平行且位置重合。下层热电耦的臂长大于上层热电偶，并使得同一位置处的下层热电偶的冷结端和热结端均相对上层热电偶向外伸出。
107.上层热电偶阵列形成后继续在其上沉积第一隔离层，以使得第一隔离层完全包裹上层热电偶和下层热电偶。
108.(7)电连接孔的制备
109.采用光刻与刻蚀工艺对上层热电偶阵列和下层热电偶阵列中各条热电偶的冷结端和热结端处的第一隔离层进行局部刻蚀，以暴露对应位置处的下层热电偶和上层热电偶的两个端点，形成所需的竖向的电连接孔。
110.本实施例中的电连接孔呈竖向设计，电连接孔穿透第一隔离层，并暴露出内部的上层热电偶和下层热电偶的热结端和冷结端。特别地，本实施例中的mems热电堆芯片将下层热电偶的长度设置得更长，主要是为了便于加工出对应的竖向的电连接孔。
111.(8)电极的形成与连接
112.利用磁控溅射工艺在第一隔离层表面沉积电极材料，电极材料填充电连接孔并覆盖在第一隔离层表面。然后通过光刻与刻蚀工艺对电极层进行局部刻蚀，去除多余的电极材料；形成使得各个热电偶相互串联的电极，以及两个对应的电极焊盘。
113.在本实施例中，对于位于第一隔离层内的上层热电偶和下层热电偶，当沉积电极材料后，导电材料才首先填充进电连接孔内，然后逐渐完整覆盖第一隔离层，形成电极层。接下来，只需要将需要连接任意两个电连接孔间的电极材料保留，去除其余部分的电极材料，即实现了对不同热电偶的进行电连接。需要强调的是：本实施例在设计电极的图案时，要保证不同电连接孔间保留的电极连线不发生交叉。
114.(9)第二隔离层的制备
115.在下层热电偶阵列表面沉积与预设量的绝缘层材料，形成第二隔离层；第二隔离层完全覆盖上层热电偶阵列。然后通过光刻与刻蚀工艺对第二隔离层进行局部刻蚀，以使电极焊盘暴露。第二隔离层沉积的绝缘层材料采用氧化硅或氮化硅。
116.(10)光学吸收层的制备
117.在第二隔离层上方沉积预设量的光学吸收层材料，并形成具有不同形貌和高宽比的纳米森林表面结构。然后通过光刻与刻蚀工艺对光学吸收层进行局部刻蚀，以使光学吸收层仅分布于对应下方热电堆层中热结区域的位置。
118.本实施的光学吸收层沉积过程中，采用高压氮气蒸发工艺沉积光学吸收层材料，并通过调节控制氮气压力得到不同形貌和高宽比的纳米森林结构，形成所需的宽光谱、高吸收的光学吸收层；光学吸收层材料包括单质硅、金，以及铂金属。
119.(11)衬底的局部镂空
120.利用湿法或干法腐蚀工艺对衬底背面的预设区域进行腐蚀，腐蚀深度以达到支撑层为限。衬底中形成的空腔尺寸完成覆盖热电堆层中的热结区域和冷结区域，并使得热电堆层中各个热电偶的冷结端点与镂空部分外缘的实心区域间距为100-200μm；进而得到所需的热电堆芯片。
121.在方案一的制备方法中，步骤(3)、(4)、(5)、(6)、(8)、(9)、(10)中的支撑层、下层热电偶、第一隔离层、上层热电偶、电极层、第二隔离层、光学吸收层的详细制备工艺包括：
122.a.沉积预设膜层；b.旋涂光刻胶；c.根据设计的膜层结构对光刻胶图案化；d.刻蚀预设膜层；e.去除光刻胶。
123.同时，在生成上述各步骤对应结构层的沉积工艺中，对于金属或半导体材料的沉积选择采用磁控溅射法，其它材料的沉积选择采用pecvd或lpcvd工艺。
124.方案二
125.该方案用于制备实施例1中包含第一反射层的mems热电堆芯片，具体的，本实施例中第一反射层位于第二隔离层上方对应冷结区域的位置。方案二的制备方法与方案一相比，仅增加了一个制备第一反射层的步骤。具体地，如图13所示，方案二中的抗热冲击型mems热电堆芯片的制备方法包括如下步骤：
126.(1)衬底的预处理
127.选择单晶硅中晶向《100》的界面作为作业面，对单晶硅进行双面抛光；并对抛光后的单晶硅进行清洗和烘干。
128.抛光后的单晶硅的清洗和烘干过程包括：采用由h2o2和h2so4混合而成的清洗液进行单晶硅进行酸洗，然后用去离子水对单晶硅进行冲洗后，最后在高温氮气对单晶硅进行吹干，并置于无尘环境中待用。
129.(2)衬底的表面氧化
130.采用干法热氧化工艺对单晶硅进行氧化，形成双面氧化硅膜层。
131.(3)支撑层的制备
132.在硅衬底的其中一个作业面上沉积预设量的支撑层材料，形成所需的支撑层。
133.本实施例中支撑层可以采用由氧化硅或氮化硅制备的单一结构层，或采用由氧化硅、氮化硅，以及部分高熔点金属材料中的多种进行组合，进而制备出的多层复合膜结构层。
134.(4)下层热电偶的制备
135.在支撑层上方沉积预设量的热电偶材料，然后根据设计出的热电偶分布图通过光刻与刻蚀工艺对热电偶材料层进行局部刻蚀，形成下层热电偶阵列。下层热电偶的材料选择半导体掺杂多晶硅、铝或金。
136.(5)第一隔离层的制备
137.在下层热电偶阵列表面沉积与预设量的绝缘层材料，形成第一隔离层；第一隔离层完全覆盖下层热电偶阵列。第一隔离层沉积的绝缘层材料采用氧化硅或氮化硅。
138.(6)上层热电偶的制备
139.在第一隔离层上沉积预设量的热电偶材料，然后根据设计出的热电偶分布图通过光刻与刻蚀工艺对热电偶材料层进行局部刻蚀，形成上层热电偶阵列。上层热电偶的材料选择半导体掺杂多晶硅、铝或金。
140.其中，上层热电偶阵列和下层热电偶阵列中各条热电偶相互平行且位置重合。下层热电耦的臂长大于上层热电偶，并使得同一位置处的下层热电偶的冷结端和热结端均相对上层热电偶向外伸出。
141.上层热电偶阵列形成后继续在其上沉积第一隔离层，以使得第一隔离层完全包裹上层热电偶和下层热电偶。
142.(7)电连接孔的制备
143.采用光刻与刻蚀工艺对上层热电偶阵列和下层热电偶阵列中各条热电偶的冷结端和热结端处的第一隔离层进行局部刻蚀，以暴露对应位置处的下层热电偶和上层热电偶的两个端点，形成所需的竖向的电连接孔。
144.本实施例中的电连接孔呈竖向设计，电连接孔穿透第一隔离层，并暴露出内部的上层热电偶和下层热电偶的热结端和冷结端。特别地，本实施例中的mems热电堆芯片将下层热电偶的长度设置得更长，主要是为了便于加工出对应的竖向的电连接孔。
145.(8)电极的形成与连接
146.利用磁控溅射工艺在第一隔离层表面沉积电极材料，电极材料填充电连接孔并覆盖在第一隔离层表面。然后通过光刻与刻蚀工艺对电极层进行局部刻蚀，去除多余的电极材料；形成使得各个热电偶相互串联的电极，以及两个对应的电极焊盘。
147.(9)第二隔离层的制备
148.在下层热电偶阵列表面沉积与预设量的绝缘层材料，形成第二隔离层；第二隔离层完全覆盖上层热电偶阵列。然后通过光刻与刻蚀工艺对第二隔离层进行局部刻蚀，以使电极焊盘暴露。第二隔离层沉积的绝缘层材料采用氧化硅或氮化硅。
149.(10)光学吸收层的制备
150.在第二隔离层上方沉积预设量的光学吸收层材料，并形成具有不同形貌和高宽比
的纳米森林表面结构。然后通过光刻与刻蚀工艺对光学吸收层进行局部刻蚀，以使光学吸收层仅分布于对应下方热电堆层中热结区域的位置。
151.本实施的光学吸收层沉积过程中，采用高压氮气蒸发工艺沉积光学吸收层材料，并通过调节控制氮气压力得到不同形貌和高宽比的纳米森林结构，形成所需的宽光谱、高吸收的光学吸收层；光学吸收层材料包括单质硅、金，以及铂金属，光学吸收层即为黑硅层、黑金层或黑铂层。
152.(11)第一反射层的制备
153.在第二隔离层上方沉积预设量的反射层材料，然后通过光刻与刻蚀的工艺去除除冷结区域以外的其余位置处的反射层，形成所需的第一反射层。反射层材料采用由ag、au、cu、al中的任意一种材料制备而成的单一金属镀层薄膜，或由ag、au、cu、al中的任意多种材料按照任意顺序逐层沉积形成的复合膜层。
154.(12)衬底的局部镂空
155.利用湿法或干法腐蚀工艺对衬底背面的预设区域进行腐蚀，腐蚀深度以达到支撑层为限。衬底中形成的空腔尺寸完成覆盖热电堆层中的热结区域和冷结区域，并使得热电堆层中各个热电偶的冷结端点与镂空部分外缘的实心区域间距为100-200μm；进而得到所需的热电堆芯片。
156.在方案二的制备方法中，考虑到支撑层、下层热电偶、第一隔离层、上层热电偶、电极层、第二隔离层、光学吸收层和第一反射层均是具有特定图案的结构层，因此以上结构层在制备过程中实际上需要通过沉积、光刻、刻蚀等一系列工序实现。具体地，步骤(3)、(4)、(5)、(6)、(9)、(10)、(11)中的支撑层、下层热电偶、第一隔离层、上层热电偶、第二隔离层、光学吸收层、第一反射层的详细制备工艺包括：
157.a.沉积预设膜层；b.旋涂光刻胶；c.根据设计的膜层结构对光刻胶图案化；d.刻蚀预设膜层；e.去除光刻胶。
158.方案三
159.本方案用于制备实施例1中包含第一反射层和第二反射层的产品，其中，第二反射层位于支撑层上方。方案三与方案二相比，仅增加制备第二反射层的步骤。具体的，如图14所示，本方案提供的抗热冲击型mems热电堆芯片的制备方法包括如下步骤：
160.(1)衬底的预处理
161.选择单晶硅中晶向《100》的界面作为作业面，对单晶硅进行双面抛光；并对抛光后的单晶硅进行清洗和烘干。
162.抛光后的单晶硅的清洗和烘干过程包括：采用由h2o2和h2so4混合而成的清洗液进行单晶硅进行酸洗，然后用去离子水对单晶硅进行冲洗后，最后在高温氮气对单晶硅进行吹干，并置于无尘环境中待用。
163.(2)衬底的表面氧化
164.采用干法热氧化工艺对单晶硅进行氧化，形成双面氧化硅膜层。
165.(3)支撑层的制备
166.在硅衬底的其中一个作业面上沉积预设量的支撑层材料，形成所需的支撑层。
167.本实施例中支撑层可以采用由氧化硅或氮化硅制备的单一结构层，或采用由氧化硅、氮化硅，以及部分高熔点金属材料中的多种进行组合，进而制备出的多层复合膜结构
层。
168.(4)第二反射层的制备
169.在支撑层上方沉积预设量的反射层材料，然后通过光刻与刻蚀工艺对反射层材料进行局部刻蚀，以使制得的第二反射层位于支撑层中央对应预留热结区域的位置上；然后在第二反射层上沉积第三隔离层。
170.其中，第一反射层和第二反射层中使用的反射层材料均为ag、au、cu、al中的任意一种，或采用由ag、au、cu、al中的任意多种材料按照任意顺序逐层沉积形成的复合膜层。第三隔离层的材料采用氧化硅或氮化硅。
171.(5)下层热电偶的制备
172.在支撑层上方沉积预设量的热电偶材料，然后根据设计出的热电偶分布图通过光刻与刻蚀工艺对热电偶材料层进行局部刻蚀，形成下层热电偶阵列。下层热电偶的材料选择半导体掺杂多晶硅、铝或金。
173.(6)第一隔离层的制备
174.在下层热电偶阵列表面沉积与预设量的绝缘层材料，形成第一隔离层；第一隔离层完全覆盖下层热电偶阵列。第一隔离层沉积的绝缘层材料采用氧化硅或氮化硅。
175.(7)上层热电偶的制备
176.在第一隔离层上沉积预设量的热电偶材料，然后根据设计出的热电偶分布图通过光刻与刻蚀工艺对热电偶材料层进行局部刻蚀，形成上层热电偶阵列。上层热电偶的材料选择半导体掺杂多晶硅、铝或金。
177.其中，上层热电偶阵列和下层热电偶阵列中各条热电偶相互平行且位置重合。下层热电耦的臂长大于上层热电偶，并使得同一位置处的下层热电偶的冷结端和热结端均相对上层热电偶向外伸出。
178.上层热电偶阵列形成后继续在其上沉积第一隔离层，以使得第一隔离层完全包裹上层热电偶和下层热电偶。
179.(8)电连接孔的制备
180.采用光刻与刻蚀工艺对上层热电偶阵列和下层热电偶阵列中各条热电偶的冷结端和热结端处的第一隔离层进行局部刻蚀，以暴露对应位置处的下层热电偶和上层热电偶的两个端点，形成所需的竖向的电连接孔。
181.本实施例中的电连接孔呈竖向设计，电连接孔穿透第一隔离层，并暴露出内部的上层热电偶和下层热电偶的热结端和冷结端。特别地，本实施例中的mems热电堆芯片将下层热电偶的长度设置得更长，主要是为了便于加工出对应的竖向的电连接孔。
182.(9)电极的形成与连接
183.利用磁控溅射工艺在第一隔离层表面沉积电极材料，电极材料填充电连接孔并覆盖在第一隔离层表面。然后通过光刻与刻蚀工艺对电极层进行局部刻蚀，去除多余的电极材料；形成使得各个热电偶相互串联的电极，以及两个对应的电极焊盘。
184.(10)第二隔离层的制备
185.在下层热电偶阵列表面沉积与预设量的绝缘层材料，形成第二隔离层；第二隔离层完全覆盖上层热电偶阵列。然后通过光刻与刻蚀工艺对第二隔离层进行局部刻蚀，以使电极焊盘暴露。第二隔离层沉积的绝缘层材料采用氧化硅或氮化硅。
186.(11)光学吸收层的制备
187.在第二隔离层上方沉积预设量的光学吸收层材料，并形成具有不同形貌和高宽比的纳米森林表面结构。然后通过光刻与刻蚀工艺对光学吸收层进行局部刻蚀，以使光学吸收层仅分布于对应下方热电堆层中热结区域的位置。
188.本实施的光学吸收层沉积过程中，采用高压氮气蒸发工艺沉积光学吸收层材料，并通过调节控制氮气压力得到不同形貌和高宽比的纳米森林结构，形成所需的宽光谱、高吸收的光学吸收层；光学吸收层材料包括单质硅、金，以及铂金属。
189.(12)第一反射层的制备
190.在第二隔离层上方沉积预设量的反射层材料，然后通过光刻与刻蚀的工艺去除除冷结区域以外的其余位置处的反射层，形成所需的第一反射层。反射层材料采用由ag、au、cu、al中的任意一种材料制备而成的单一金属镀层薄膜，或由ag、au、cu、al中的任意多种材料按照任意顺序逐层沉积形成的复合膜层。
191.(13)衬底的局部镂空
192.利用湿法或干法腐蚀工艺对衬底背面的预设区域进行腐蚀，腐蚀深度以达到支撑层为限。衬底中形成的空腔尺寸完成覆盖热电堆层中的热结区域和冷结区域，并使得热电堆层中各个热电偶的冷结端点与镂空部分外缘的实心区域间距为100-200μm；进而得到所需的热电堆芯片。
193.在方案三的制备方法中，除支撑层、下层热电偶、第一隔离层、上层热电偶、电极层、第二隔离层、光学吸收层和第一反射层以外，第二反射层也是具有特定图案的结构层，因此以上结构层在制备过程中实际上需要通过沉积、光刻、刻蚀等一系列工序实现。制备工艺包括：
194.a.沉积预设膜层；b.旋涂光刻胶；c.根据设计的膜层结构对光刻胶图案化；d.刻蚀预设膜层；e.去除光刻胶。
195.以上方案一～三的内容仅介绍了实施例1中对应产品的一些可行的制备方法，该方法中各步骤的工序在实际加工工艺中还包括了多种不同的工艺路径。例如，本实施例制备方法中不同步骤均采取沉积法来形生成各结构层，而沉积工艺可以分为物理气相沉积和化学气相沉积两种不同的工艺，化学气相沉积(cvd)又可以根据反应类型和压力进一步细分为多种不同的路径，如lpcvd、sacvd、uhcvd、pecvd、rtcvd等。因此，本实施例上述步骤的制备方法在实际生产加工过程中，技术人员还可以结合成本和良率等方面的要求进行优化和调整。本实施例虽然并未对各步骤的工艺内容进行详述和列举。但只要是出于对公知内容的惯用替换均仍应当属于本实施例提供的制备方法的一部分。
196.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种抗热冲击型mems热电堆芯片的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：(1)衬底的预处理选择单晶硅中晶向<100>的界面作为作业面，对单晶硅进行双面抛光；并对抛光后的单晶硅进行清洗和烘干；(2)衬底的表面氧化采用干法热氧化工艺对单晶硅进行氧化，形成双面氧化硅膜层；(3)支撑层的制备在硅衬底的其中一个作业面上沉积预设量的支撑层材料，形成所需的支撑层；(4)下层热电偶的制备在支撑层上方沉积预设量的热电偶材料，然后根据设计出的热电偶分布图通过光刻与刻蚀工艺对热电偶材料层进行局部刻蚀，形成下层热电偶阵列；(5)第一隔离层的制备在下层热电偶阵列表面沉积与预设量的绝缘层材料，形成第一隔离层；第一隔离层完全覆盖所述下层热电偶阵列；(6)上层热电偶的制备在第一隔离层上沉积预设量的热电偶材料，然后根据设计出的热电偶分布图通过光刻与刻蚀工艺对热电偶材料层进行局部刻蚀，形成上层热电偶阵列；并在上层热电偶阵列上方继续沉积第一隔离层，以使得第一隔离层完全包裹上层热电偶和下层热电偶；其中，所述上层热电偶阵列和下层热电偶阵列中各条热电偶相互平行且位置重合；所述下层热电耦的臂长大于上层热电偶，并使得同一位置处的下层热电偶的冷结端和热结端均相对上层热电偶向外伸出；(7)电连接孔的制备采用光刻与刻蚀工艺对上层热电偶阵列和下层热电偶阵列中各条热电偶的冷结端和热结端处的第一隔离层进行局部刻蚀，以暴露对应位置处的下层热电偶和上层热电偶的两个端点，形成所需的竖向的电连接孔；(8)电极的形成与连接利用磁控溅射工艺在第一隔离层表面沉积电极材料，电极材料填充所述电连接孔并覆盖在第一隔离层表面；然后通过光刻与刻蚀工艺对电极层进行局部刻蚀，去除多余的电极材料，以形成使得各个热电偶相互串联的电极，以及两个对应的电极焊盘；(9)第二隔离层的制备在下层热电偶阵列表面沉积与预设量的绝缘层材料，形成第二隔离层；第二隔离层完全覆盖所述上层热电偶阵列、各条电极，以及对应的电极焊盘；然后通过光刻与刻蚀工艺对第二隔离层进行局部刻蚀，以使所述电极焊盘暴露；(10)光学吸收层的制备在第二隔离层上方沉积预设量的光学吸收层材料，并形成具有不同形貌和高宽比的纳米森林表面结构；然后通过光刻与刻蚀工艺对光学吸收层进行局部刻蚀，以使所述光学吸收层仅分布于对应下方热电堆层中热结区域的位置；(11)衬底的局部镂空
利用湿法或干法腐蚀工艺对衬底背面的预设区域进行腐蚀，腐蚀深度以达到所述支撑层为限；衬底中形成的空腔尺寸完成覆盖热电堆层中的热结区域和冷结区域，并使得热电堆层中各个热电偶的冷结端点与镂空部分外缘的实心区域间距为100-200μm；进而得到所需的热电堆芯片。2.如权利要求1所述的抗热冲击型mems热电堆芯片的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，抛光后的单晶硅的清洗和烘干过程包括：采用由h2o2和h2so4混合而成的清洗液进行单晶硅进行酸洗，然后用去离子水对单晶硅进行冲洗后，最后在高温氮气对单晶硅进行吹干，并置于无尘环境中待用。3.如权利要求1所述的抗热冲击型mems热电堆芯片的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，支撑层采用氧化硅或氮化硅制备的单一结构层，或采用氧化硅、氮化硅以及部分高熔点金属材料制备而成的多层复合膜结构层。4.如权利要求1所述的抗热冲击型mems热电堆芯片的制备方法，其特征在于：步骤(4)和(6)中的上层热电偶和下层热电偶的材料选择半导体掺杂多晶硅、铝或金；步骤(5)和(9)中的第一隔离层和第二隔离层的材料采用氧化硅或氮化硅。5.如权利要求1所述的抗热冲击型mems热电堆芯片的制备方法，其特征在于：步骤(10)中，采用高压氮气蒸发工艺沉积光学吸收层材料，并通过调节控制氮气压力得到不同形貌和高宽比的纳米森林结构，形成所需的宽光谱、高吸收的光学吸收层；所述光学吸收层材料包括单质硅、金，以及铂金属。6.如权利要求1所述的抗热冲击型mems热电堆芯片的制备方法，其特征在于：在步骤(11)中衬底局部镂空之前增加制备第一反射层的步骤，具体工艺如下：在第二隔离层上方沉积预设量的反射层材料，然后通过光刻与刻蚀的工艺去除除冷结区域以外的其余位置处的反射层，形成所需的第一反射层；所述反射层材料采用由ag、au、cu、al中的任意一种材料制备而成的单一金属镀层薄膜，或由ag、au、cu、al中的任意多种材料按照任意顺序逐层沉积形成的复合膜层。7.如权利要求1所述的抗热冲击型mems热电堆芯片的制备方法，其特征在于：在步骤(3)的支撑层制备之后增加一个制备第二反射层的步骤，具体如下：在支撑层上方沉积预设量的反射层材料，然后通过光刻与刻蚀工艺对反射层材料进行局部刻蚀，以使制得的第二反射层位于支撑层中央对应预留热结区域的位置上；并在第二反射层上沉积第三隔离层。8.如权利要求7所述的抗热冲击型mems热电堆芯片的制备方法，其特征在于：所述反射层材料采用由ag、au、cu、al中的任意一种材料制备而成的单一金属镀层薄膜，或由ag、au、cu、al中的任意多种材料按照任意顺序逐层沉积形成的复合膜层；第三隔离层的材料采用氧化硅或氮化硅。9.如权利要求1所述的抗热冲击型mems热电堆芯片的制备方法，其特征在于：在生成上述步骤各结构层的沉积工艺中，对于金属或半导体材料的沉积选择采用磁控溅射法，其它材料的沉积选择采用pecvd或lpcvd工艺。10.如权利要求1-9中任意一项所述的抗热冲击型mems热电堆芯片的制备方法，其特征在于：所述抗热冲击型mems热电堆芯片中支撑层、下层热电偶、第一隔离层、上层热电偶、电极层、第二隔离层、光学吸收层、第一反射层、第二反射层均为具有特定结构和分布位置的
结构层，各结构层的详细制备工艺包括：a.沉积预设膜层；b.旋涂光刻胶；c.根据设计的膜层结构对光刻胶图案化；d.刻蚀预设膜层；e.去除光刻胶。

技术总结

本发明属于红外传感器技术领域，具体涉及一种抗热冲击型MEMS热电堆芯片的制备方法。制备方法包括如下步骤：(1)衬底的预处理，(2)衬底的表面氧化，(3)支撑层的制备，(4)下层热电偶的制备，(5)第一隔离层的制备，(6)上层热电偶的制备，(7)电连接孔的制备，(8)电极的形成与连接，(9)第二隔离层的制备，(10)光学吸收层的制备，(11)衬底的局部镂空。制备出的热电堆芯片中，热电堆层中冷结区域和热结区域均处于悬浮的衬底镂空区域内。冷结区域呈环状排布，热结区域位于冷结区域内。各热电偶的冷结区域距衬底实心部分的距离相同。该方案可以克服传统MEMS热电堆芯片在温度剧烈变化条件下的热失衡和信号过冲问题。失衡和信号过冲问题。失衡和信号过冲问题。