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用于发射经频率调节的红外光的半导体器件

阅读:997发布:2022-10-04

专利汇可以提供用于发射经频率调节的红外光的半导体器件专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种用于发射经 频率 调节的红外光的 半导体 器件,包括横向发射器结构和横向滤光器结构。横向发射器结构被配置用于发射具有发射器频率分布的红外光。此外,横向滤光器结构被配置用于对由横向发射器结构发射的红外光进行滤光,从而提供具有经调节的频率分布的经频率调节的红外光。经调节的频率分布的 频率范围 比发射器频率分布的频率范围窄。此外,横向气体间隙位于横向发射器结构和横向滤光器结构之间。,下面是用于发射经频率调节的红外光的半导体器件专利的具体信息内容。

1.一种用于发射经频率调节的红外光的半导体器件,包括:
横向发射器结构,被配置用于发射具有发射器频率分布的红外光;
横向滤光器结构,被配置用于对由所述横向发射器结构发射的所述红外光进行滤光,从而提供具有经调节的频率分布的经频率调节的红外光,其中所述经调节的频率分布的频率范围比所述发射器频率分布的频率范围窄;以及
横向气体间隙,位于所述横向发射器结构和所述横向滤光器结构之间。
2.根据权利要求1所述的半导体器件,其中所述横向滤光器结构包括结构层,所述结构层包括对于由所述横向发射器结构发射的红外光具有低于的透明度的材料。
3.根据权利要求1所述的半导体器件,其中所述横向滤光器结构包括结构层,所述结构层至少包括金属、钨、或氮化钛中的一种、或者单晶硅多晶硅半导体中的一种半导体。
4.根据权利要求1所述的半导体器件,其中所述横向发射器结构包括层,所述层至少包括金属铜、铝、钨、钛或氮化钛中的一种、或者单晶硅或多晶硅半导体中的一种半导体。
5.根据权利要求1所述的半导体器件,包括发射器控制模,所述发射器控制模块被配置用于提供被引入所述横向发射器结构电流,从而引起红外光发射。
6.根据权利要求5所述的半导体器件,包括半导体衬底,其中所述横向发射器结构由所述半导体衬底的层表示,所述层位于在所述半导体衬底内的横向腔体上方。
7.根据权利要求1所述的半导体器件,包括半导体衬底,其中所述横向发射器结构由在所述半导体衬底上方的层来实现,其中在所述横向发射器结构和所述半导体衬底之间定位有横向腔体。
8.根据权利要求1所述的半导体器件,其中所述横向发射器结构的边缘区域通过围绕所述横向气体间隙的绝缘层,来与所述横向滤光器结构的边缘区域垂直分隔。
9.根据权利要求1所述的半导体器件,其中所述横向发射器结构是薄膜,或者所述横向发射器结构是薄片,所述薄片沿所述横向气体间隙具有恒定的或变化的横向宽度。
10.根据权利要求1所述的半导体器件,其中所述横向滤光器结构包括:第一层,包括具有第一周期性几何结构的结构;以及第二层,包括第二周期性几何结构;其中所述第一周期性几何结构不同于所述第二周期性几何结构。
11.根据权利要求10所述的半导体器件,其中所述横向滤光器结构包括在所述第一层和所述第二层之间的横向气体间隙。
12.根据权利要求1所述的半导体器件,其中所述横向气体间隙包括为所述经频率调节的红外光的一部分的波长的四分之一的厚度。
13.根据权利要求1所述的半导体器件,包括压敏模块,所述压敏模块被配置用于生成传感器信号,所述传感器信号指示关于由所述横向发射器结构发射的红外光与气体相互作用而引起的声波的信息。
14.一种用于发射经频率调节的红外光的半导体器件,包括:
半导体衬底;
横向发射器结构,被配置用于发射红外光,
其中所述横向发射器结构被配置为被流经所述横向发射器结构的电流加热,其中所述横向发射器结构被构造为使得若所述横向发射器结构被加热,则提供具有经调节的频率分布的经频率调节的红外光;以及
横向腔体,邻近所述横向发射器结构的面向所述半导体衬底的一侧。
15.根据权利要求14所述的半导体器件,其中所述横向腔体位于所述横向发射器结构和至少部分所述半导体衬底之间。
16.根据权利要求14所述的半导体器件,其中所述横向发射器结构包括邻近滤光器层的发射器层,其中所述发射器层被配置为被流经所述发射器层的电流加热,其中所述滤光器层被配置为使得若所述发射器层被加热,则提供具有经调节的频率分布的所述经频率调节的红外光。
17.根据权利要求16所述的半导体器件,其中所述经调节的频率分布的频率范围比通过仅包括所述发射器层的发射器而获得的红外光的频率分布的频率范围窄。
18.根据权利要求16所述的半导体器件,其中所述发射器层和所述滤光器层包括相同的材料。
19.根据权利要求16所述的半导体器件,其中所述横向发射器结构由所述半导体衬底的层表示,所述层位于在所述半导体衬底内的所述横向腔体上方,或者其中所述横向发射器结构由在所述半导体衬底上方的层来实现,其中所述横向腔体位于所述横向发射器结构和所述半导体衬底之间。
20.根据权利要求14所述的半导体器件,其中所述横向发射器结构包括通过所述横向发射器结构的周期性垂直孔。

说明书全文

用于发射经频率调节的红外光的半导体器件

技术领域

[0001] 本发明的各个实施例涉及红外光的产生,更具体地,涉及一种用于发射经频率调节(adjust)的红外光的半导体器件以及一种用于形成半导体器件的方法。

背景技术

[0002] 可以按照多种方式产生红外光。例如,可以使用红外光电二极管或者红外激光二极管。备选地,可以使用热发射器来产生红外光。红外发射器可能要求温度在例如大约600℃到900℃。这种用于集成传感器的结构需要忍受例如高电流和高芯片温度。这就可能导致高功耗和器件退化。因此,需要减少红外发射器的功耗以及器件退化。

发明内容

[0003] 本发明的实施例涉及一种用于发射经频率调节的红外光的半导体器件。半导体器件包括横向发射器结构和横向滤光器结构。横向发射器结构被配置用于发射具有发射器频率分布的红外光。此外,横向滤光器结构被配置用于对由横向发射器结构发射的红外光进行滤光,从而提供具有经调节的频率分布的经频率调节的红外光。经调节的频率分布的频率范围比发射器的频率分布的频率范围窄。此外,横向气体间隙位于横向发射器结构和横向滤光器结构之间。
[0004] 由于横向发射器结构和横向滤光器结构之间的气体间隙的作用,更够改进对横向发射器结构的热隔离。这样,减小了将发射器结构加热到期望温度所必需的电流,并且减少了横向发射器结构对横向发射器结构的周围(尤其是横向滤光器结构)的加热。因此,可以减少电流消耗,并且/或者可以减少由于高温而引起的器件退化。
[0005] 本发明的一些实施例涉及一种用于发射经频率调节的红外光的半导体器件。半导体器件包括半导体衬底和横向发射器结构。横向发射器结构被配置用于发射红外光。此外,横向发射器结构被配置为被流经横向发射器结构的电流加热。另外,横向发射器结构被构造为,若横向发射器结构被加热,则提供具有经调节的频率分布的经频率调节的红外光。此外,横向腔体邻近横向发射器结构的面向半导体衬底的一侧。
[0006] 通过以相同结构实现发射器和滤光器,可以以省地形成半导体器件。此外,横向发射器结构下方的横向腔体提供了横向发射器结构的改进的热隔离,从而可以使用更低的电流就足以达到期望的温度。这样,就可以减少电流消耗和/或器件退化。附图说明
[0007] 以下仅出于示例的目的并且参照附图而描述设备和/或方法的一些实施例,其中:
[0008] 图1示出了用于发射经频率调节的红外光的半导体器件的示意图;
[0009] 图2至图7示出了进一步的半导体器件;
[0010] 图8A至图8C示出了用于发射经频率调节的红外光的半导体器件的示意图;
[0011] 图9至图10示出了进一步的半导体器件的示意图;
[0012] 图11示出了一种用于形成半导体器件的方法的流程图;以及
[0013] 图12示出了一种用于形成半导体器件的方法的流程图。

具体实施方式

[0014] 现在将参照其中示出了一些示例性实施例的附图来更全面地描述各个示例性实施例。在附图中,为了明晰起见,可能夸大了线条、层和/或区域的厚度。
[0015] 因此,尽管示例性实施例能够具有各种修改例和备选形式,在附图中其中的实施例仅作为示例示出,并且将在此详细描述。然而应该理解的是,并非意在将示例性实施例限定于所公开的特定形式,而是与之相反地,示例性实施例意在覆盖落入本公开的范围内的所有修改例、等价形式和备选例。在对附图的所有描述中,相同标记表示相同或相似元件。
[0016] 应该理解的是当元件称为“连接”或者“耦合”至另一元件时,其可以直接连接或耦合至其它元件,或者可以存在插入元件。与之相反地,当元件称为“直接连接”或者“直接耦合”至另一元件时,不存在插入元件。用于描述元件之间关系的其它词语应当以类似方式来解释(例如“在…之间”与“直接在…之间”,“相邻”与“直接相邻”等等)。
[0017] 在此使用的术语仅出于描述特定实施例的目的,并且并非意在限定示例性实施例。如在此使用的,单数形式“一”、“一个”和“该”意在也包括复数形式,除非上下文明确给出相反的指示。应该进一步理解的是,当在此使用时术语“包括”、“包含”、“含有”、和/或“具有”时,指定了所描述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在,但是并未排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件及其组合的存在或附加。
[0018] 除非给出相反的限定,在此使用的所有术语(包括技术性和科学性术语)具有与示例性实施例的所属领域技术人员的通常理解相同的含义。应该进一步理解的是,例如那些在常用词典中定义的术语应该解释为具有与相关领域背景下它们的含义相一致的含义,并且不应解释为理想化的或过分正式的含义,除非在此明确给出限定。
[0019] 图1示出了根据实施例的用于发射经频率调节的红外光的半导体器件100的示意性截面图。半导体器件100包括横向发射器结构110和横向滤光器结构120。横向发射器结构110和横向滤光器结构120通过位于横向发射器结构110和横向滤光器结构120之间的横向气体间隙130彼此垂直分隔。横向发射器结构110能够发射具有发射器频率分布的红外光。
此外,横向滤光器结构120对由横向发射器结构110发射的红外光进行滤光,从而提供具有经调节的频率分布的经频率调节的红外光。经调节的频率分布的频率范围比发射器频率分布的频率范围窄。
[0020] 由于横向发射器结构和横向滤光器结构之间的气体间隙的作用,能够改进对横向发射器结构的热隔离。这样,减小了将发射器结构加热到期望温度所必需的电流,并且减少了横向发射器结构对横向发射器结构的周围(尤其是横向滤光器结构)加热。因此,可以减少电流消耗,并且/或者可以减少由于高温而引起的器件退化。
[0021] 半导体器件100是在(单个)半导体裸片上实现的器件,该裸片至少包括半导体衬底(例如,基于或基于化硅的半导体衬底)以及在半导体衬底顶部上的一个或多个绝缘层或金属层。横向发射器结构110和/或横向滤光器结构120例如可以在半导体衬底中实现,或者在半导体衬底顶部上的一个或多个金属层或绝缘层内实现,或者通过该一个或多个金属层或绝缘层实现。
[0022] 在电流流经横向发射器结构110时,横向发射器结构110可以包括一个或多个导电层正被加热。根据横向发射器结构110的材料、以及由于流经横向发射器结构110的电流的作用而达到的温度,发射具有发射器频率分布的红外光。换言之,由横向发射器结构110发射的红外光,包括至少取决于横向发射器结构110的温度和/或横向发射器结构110的材料的频率分布。由于该热发射的作用,可以获取例如较宽的频谱。发射的红外光例如可以包括在300GHz到400THz频率范围内的信号部分,或者包括780nm到1μm的波长
[0023] 由横向发射器结构110发射的红外光经过横向气体间隙130并且到达横向滤光器结构120。横向滤光器结构120被实现为,使经过横向滤光器结构120的红外光根据频率选择性地(frequency-selectively)被滤光。这样,经过横向滤光器结构120之后所提供的红外光包括经调节的频率分布。横向滤光器结构120包括一种结构或者被构造为,使得由横向发射器结构发射的红外光的频率范围变窄。换言之,发射器频率分布中的至少一个频率的信号部分显著衰减(例如,由于相消干涉)。因此,经调节的频率分布的频率范围比发射器频率分布的频率范围窄。
[0024] 在这点上,如果一个频率分布包括的信号部分所处的频率少于另一频率分布,则第一频率分布比第二频率分布窄。为此,如果某个频率上的信号强度或光强度小于在发射器频率分布内的频率的最大信号强度或光强度的10%(或小于5%,或小于1%),则该频率上的信号强度或光强度就可以忽略不计或认为是零。此外,例如,如果一个频率分布包括小于另一频率分布的带宽(例如,频率分布中的具有不可忽略信号强度的最大频率与具有不可忽略信号强度的最小频率之间的差),则第一频率分布可以比第二频率分布窄。例如,横向滤光器结构对由横向发射器结构110发射的红外光进行滤光,以使经调节的频率分布的带宽小于发射器频率分布的带宽的例如50%(或小于30%,或小于10%)。
[0025] 横向气体间隙130至少沿横向发射器结构110和横向滤光器结构120的部分横向尺寸或延长,来分隔横向发射器结构110和横向滤光器结构120。横向气体间隙130例如可以是密封的体积(例如,填充有特定气体)、或者封闭但不与周围密封隔离(例如,由于通过横向滤光器结构的孔的影响)的体积。
[0026] 横向发射器结构110、横向滤光器结构120以及横向气体间隙130均是横向结构,这表明,这些结构至少在一个横向方向上(或者在两个横向方向上)包括较大的尺寸或延长。横向方向可以是平行于半导体器件100的主表面的方向。
[0027] 半导体器件100的主表面可以是该器件的朝向半导体表面顶部上的金属层、绝缘层或钝化层的半导体表面。与半导体结构的基本垂直的边缘(例如,由于使半导体裸片彼此隔开而产生的边缘)相比,半导体结构的主表面可以是横向延伸的基本平的表面。半导体结构的主表面可以是基本平坦的表面(例如,忽略由于制作工艺的影响而产生的半导体结构的不平度)。换言之,半导体器件100的主表面可以是半导体材料与在半导体衬底顶部上的绝缘层、金属层或钝化层之间的界面。
[0028] 换言之,横向方向或横向延展可以基本定向为平行于主表面,而垂直方向或垂直延展可以基本定向为正交于主表面。
[0029] 相对于横向气体间隙130,横向发射器结构110可以设置在半导体器件100的另一层(例如,半导体衬底或绝缘层)附近。备选地,腔体可以实现在横向发射器结构110的与横向气体间隙130相对的一侧。这样,能够进一步改进对横向发射器结构110的热绝缘(如图1所示)。
[0030] 横向滤光器结构120可以按照多种方式实现。例如,横向滤光器结构120可以包括至少一个结构层,该结构层包括的材料的对于由横向发射器结构110发射的红外光的透明度低于硅。这样,发射的红外光的各部分可以选择性地衰减。
[0031] 例如,横向滤光器结构120可以包括至少一个结构层,该结构层至少包括、钨、或氮化钛金属中的一种金属,或者备选地包括单晶硅多晶硅半导体中的一种半导体。由于结构层的作用,可以修改(adapt)发射的红外光的频率分布。
[0032] 横向滤光器结构120可以包括被修改至期望的经调节的频率分布的周期性几何结构。由于周期性,对于通过横向滤光器结构的光而言,可以在一个或多个预定频率上产生相长干涉和相消干涉。不同的周期性(例如,线(line)或栅(grid)的距离)可以削弱或增强发射的红外光的不同频率或频率部分。这样,横向滤光器结构120可以实现例如光子晶体结构
[0033] 横向发射器结构110也可以按照多种方式实现。例如,横向发射器结构110可以包括至少一个层,该层至少包括铜、铝、钨、钛或氮化钛金属中的一种金属、或者单晶硅和多晶硅半导体中的一种半导体。
[0034] 半导体器件100可以包括半导体衬底,而横向发射器结构110可以由在半导体衬底上方的层或者与半导体衬底、垂直分隔(例如,在该一个或多个绝缘层或金属层之内)的层(例如,半导体层或金属层)来实现。此外,横向腔体可以位于横向发射器结构110和半导体衬底之间。这样,能够改进对横向发射器结构110的热隔离。
[0035] 备选地,横向发射器结构110可以例如由半导体衬底的、位于在半导体衬底内的横向腔体(该腔体例如设置在横向发射器结构和其余半导体器件间)上方的层(例如,设置在半导体器件的主表面处的层),来表示或实现。
[0036] 横向发射器结构110和横向滤光器结构120可以包括位于横向边缘的边缘区域,以便将这些结构与半导体器件的横向围绕部连接或固定。横向发射器结构110的边缘区域例如通过围绕横向气体间隙130的绝缘层,与横向滤光器结构120的边缘区域(垂直地)分隔。
[0037] 横向发射器结构110可以是薄膜(例如,在两个正交的横向方向上延伸)或者薄片(例如,在一横向方向上明显远于另一横向方向地延伸)。该薄片可以包括例如沿横向气体间隙130的恒定的或变化的横向宽度。通过改变横向宽度,可以改变温度,从而可以提供具有增加的频率分布或者拓宽的频谱的红外光。
[0038] 横向气体间隙130可以包括在很宽的范围内可选的厚度(垂直尺寸或延长)。例如,可以通过例如在顶部金属层内(离半导体衬底最远的金属层)实现横向滤光器结构120、以及由半导体衬底的半导体层或者离半导体衬底最近的金属层来实现横向发射器结构110,来尽可能的大地选择横向滤光器结构120和横向发射器结构110之间的距离。
[0039] 备选地,横向气体间隙130的厚度可以被选择,从而影响经频率调节的红外光的频率分布。例如,横向气体间隙可以包括部分经频率调节的红外光的的波长的四分之一的厚度(法布里-珀罗滤光器结构)。
[0040] 图2示出了根据实施例的用于发射经频率调节的红外光的半导体器件200的示意性截面图。半导体器件200的实施方式与图1所示的实施方式类似。此外,半导体器件200包括发射器控制模240。发射器控制模块240可以提供被引入横向发射器结构110的电流,从而引起红外光发射。换言之,发射器模块240可以控制通过横向发射器结构110的电流的电流强度以及时间出现(temporal occurrence)。这样,发射器控制模块230可以控制横由向发射器结构110发射红外光的时间,并且至少部分地控制由横向发射器结构110发射的光的频率分布(例如,不同电流强度可能导致横向发射器结构的不同温度)。
[0041] 发射器控制模块240可以如图2中所示的横向发射器结构110和横向滤光器结构120一样地,设置在相同的半导体裸片上。备选地,这种发射器控制模块可以实施在,连接至包括横向发射器结构和横向滤光器结构120的半导体器件的另一半导体裸片上。更多细节和方面参照图1进行了描述。
[0042] 图3示出了根据实施例的用于发射经频率调节的红外光的半导体器件300的示意性截面图。半导体器件300的实施方式与图1或图2所示的实施方式类似。在该示例中,半导体器件300包括半导体衬底302,并且横向发射器结构110由半导体衬底的、位于在半导体衬底302内的横向腔体304上方的层来表示或实现。例如,实现横向发射器结构110的层可以包括,与周围的半导体衬底302的导电类型(n或p型掺杂)不同的导电类型(p或n型掺杂),以便使受控电流流经横向发射器结构110。为此,实现横向发射器结构110的层可以例如横向延伸超出腔体304至半导体衬底302中,表示横向发射器结构110的边缘区域312。
[0043] 对于上述一个或多个方面可选地、附加地或备选地,横向滤光器结构可以包括:第一层322,包括具有第一周期性几何结构的结构;以及第二层,包括第二周期性几何结构。第一周期性几何结构可以不同于第二周期性几何结构(例如,线或栅的距离不同)。这样,例如,可以进一步减小经频率调节的红外光的带宽,或者可以提供具有在不同窄频带内的信号部分的经频率调节的红外光。
[0044] 绝缘层(例如,化硅)可以设置在横向滤光器结构的第一层322和第二层324之间。备选地,横向滤光器结构可以包括位于第一层322和第二层324之间的横向气体间隙326。这样,可以例如减少横向滤光器结构的第一层322和第二层324之间的热耦合。
[0045] 图4示出了根据实施例的用于发射经频率调节的红外光的半导体器件400的示意性截面图。半导体器件400的实施方式与图1所示的实施方式类似。半导体器件400包括半导体衬底404以及横向发射器结构110(例如,红外光发射器丝极(filament)),该横向发射器结构110设置在金属层(例如,铜、铝、钨、钛或氮化钛)或半导体层(例如,单晶硅或多晶硅)内、通过腔体406与半导体衬底404分隔。横向发射器结构110包括边缘区域412,该边缘区域围绕着,横向发射器结构的、对发射的红外光做出主要(多于50%的光强度)贡献并且横向延伸至由例如绝缘层形成的绝缘材料(例如,二氧化硅)中的部分。横向发射器结构110在相对侧、在边缘区域412内,通过电接触件402(例如,过孔、丝极接触件)被电连接,该电连接402连接至外部电流源,或者连接至在相同半导体裸片上的发射器控制模块。横向滤光器结构120(例如,光子晶体滤光器)位于横向发射器结构110上方,通过横向气体间隙130与横向发射器结构110垂直分隔。更多细节和方面参照图1至图3进行了描述。
[0046] 图4可以实现具有集成滤光器的红外(IR)发射器。该滤光器可以设置为距离红外发射器一定距离。
[0047] 如上文所描述,横向发射器结构可以通过薄片实现,该薄片包括恒定的横向宽度(例如,至少在对发射红外光做出主要贡献的区域内)。图5示出了横向发射器结构110的示意性顶视图,该横向发射器具有恒定的横向宽度、以及连接区域512或边缘区域,该连接区域512或边缘区域位于横向发射器结构110的相对侧处、用于使电流流经横向发射器结构110。
[0048] 这样,例如可以提供经改进或优化的用于低散热性的红外(IR)发射器结构。
[0049] 备选地,横向发射器结构110例如可以通过具有沿横向气体间隙130变化的横向宽度的薄片来实现。图6示出了横向发射器结构110的示意性顶视图,该横向发射器具有变化的横向宽度和连接区域,该连接区域位于横向发射器结构110的相对端处、并且用于使电流流经横向发射器结构110。横向发射器结构110包括:第一横向宽度,位于第一横向部分612之上;第二横向宽度,位于第二横向部分614之上;以及第三横向宽度,位于中部616内。例如,第一宽度大于第二宽度,并且第二宽度大于第三宽度。
[0050] 由于相同电流流经不同部分,因此在不同部分中电流密度并不相同,因而在不同部分中温度也不相同,使得不同部分发射具有不同光谱的红外光,从而实现例如用于宽辐射光谱的红外(IR)发射器结构。
[0051] 备选地,例如,横向发射器结构的顶视图也可实现为圆形(例如,两个半圆在横向发射器结构的中部在圆周处接触);或者顶视图也可实现为漏斗形,其中该漏斗形具有从横向发射器结构的一个边缘到横向发射器结构的中部递减的横向宽度、以及从横向发射器结构的中部到横向发射器结构的另一端递增的宽度。这样,可以获得横向发射器结构110的温度的连续变化。
[0052] 图7示出了根据实施例的用于发射经频率调节的红外光的半导体器件700的示意性截面图。半导体器件700的实施方式与图1至图4所示的实施方式类似。此外,半导体器件700包括压敏模块710(例如,包括可移动的薄膜或压电元件),用于生成传感器信号,指示关于由横向发射器结构110发射(并且由横向滤光器结构进行滤光)的红外光702与气体(例如,待分析的气体)相互作用而引起的声波704的信息。
[0053] 根据所提出的概念,用于形成压敏模块(例如,扩音器模块)和发射器结构的半导体技术可以是类似的(例如,微机电系统技术)。因此,可以以低成本将这些结构应用在普通的半导体裸片上。
[0054] 在图7中,横向发射器结构110由半导体衬底706的位于腔体304上方的层实现。此外,压敏模块710至少包括由半导体衬底706的位于半导体衬底706内的腔体上方的层实现的薄膜。
[0055] 由红外光702与接近半导体器件700的气体相互作用而引起的声波可以到达该薄膜。
[0056] 半导体器件700可以例如用于实现光声气体传感器器件。
[0057] 图8A示出了根据实施例的用于发射经频率调节的红外光的半导体器件800的示意性截面图。半导体器件800包括半导体衬底802和横向发射器结构810。横向发射器结构被配置为发射红外光。此外,横向发射器结构810被配置为,被流经横向发射器结构810的电流加热。此外,横向发射器结构810被构造为,若横向发射器结构810被加热,则提供具有经调节的频率分布的经频率调节的红外光。此外,横向腔体830邻近横向发射器结构810的面向半导体衬底802的一侧。
[0058] 通过以相同结构实现发射器和滤光器,可以省力地形成半导体器件。此外,横向发射器结构下方的横向腔体提供了横向发射器结构的改进的热隔离,从而使用更低的电流就足以达到期望的温度。这样,可以减少电流损耗和/或器件退化。
[0059] 经频率调节或修改的红外光,例如可以是具有不同于黑体频谱的频率分布或频谱的红外光,或者可以是具有不同于来自没有进行频率修改性结构化的发射器结构的频谱的红外光。
[0060] 横向腔体830可以位于横向发射器结构和至少一部分半导体衬底802之间。
[0061] 例如,横向发射器结构810包括邻近如图8A所示的滤光器层的发射器层。发射器层被配置为被流经发射器层的电流加热。此外,实现滤光器层,以便若发射器层被加热则提供具有经调节的频率分布的经频率调节的红外光。
[0062] 例如,横向发射器结构可以由发射器层和滤光器层的复合结构实现,或者发射器结构和滤光器结构包括相同材料(例如,滤光器层通过实现横向发射器结构的结构化表面而形成)。
[0063] 例如,经调节的频率分布的频率范围可以比通过仅包括发射器层(不包括滤光器层)的发射器而获得的红外光的频率分布的频率范围窄。
[0064] 流经横向发射器结构的电流可以主要(例如,多于50%,多于70%,或多于90%的电流)位于发射器层内。然而,例如,一部分电流还可流经滤光器层(例如,取决于滤光器层的几何结构),有助于加热横向发射器结构。
[0065] 发射器层邻近滤光器层可以意味,着滤光器层紧跟发射器层或者与滤光器层直接接触。
[0066] 更多细节或方面参照所提出的概念或上述一个或多个实施例进行了描述(例如,图1至图7)。
[0067] 例如,横向发射器结构可以由半导体衬底802的位于在半导体衬底(例如,类似于图3)内的横向腔体830上方的层来表示。备选地,横向发射器结构可以由在半导体衬底802上方的层实现。横向腔体830可以位于横向发射器结构和半导体结构802之间(例如,类似于图1)。
[0068] 此外,例如,可以根据参照图5和图6描述的示例来成型横向发射器结构。此外,压敏模块可以在相同的半导体裸片上实施,从而可以实现光声气体传感器器件。换言之,可以有多种发射器设计。
[0069] 备选地,横向发射器结构包括通过横向发射器结构的周期性垂直孔。
[0070] 图8B示出了根据实施例的用于发射经频率调节的红外光的半导体器件850的示意性截面图。半导体器件850的实施方式与图8A所示的实施方式类似。然而,横向发射器结构810包括通过横向发射器结构810的周期性垂直孔,用于调节所发射的红外光的频率分布。
更多细节和方面例如参照图8A进行了描述。
[0071] 图8C示出了根据实施例的用于发射经频率调节的红外光的半导体器件870的示意性截面图。半导体器件870的实施方式与图8B所示的实施方式类似。然而,横向腔体830垂直穿过整个半导体衬底802。更多细节和方面例如参照图8A和图8B进行了描述。
[0072] 图9示出了根据实施例的用于发射经频率调节的红外光的半导体器件900的示意性截面图。半导体器件900的实施方式与图8B和图4所示的实施方式类似。然而,横向发射器结构810被构造为仅位于与半导体衬底802相对的表面处,不存在穿过整个横向发射器结构810的孔。换言之,图8A中所示的发射器层和滤光器层被实现在一个片中,并且包括相同的材料。半导体器件900包括半导体衬底802和横向发射器结构810(例如,IR发射器丝极),该横向发射器结构810设置在金属层(例如,铜、铝、钨、钛或氮化钛)或半导体层(例如,单晶硅或多晶硅)内、并且通过腔体830与半导体衬底802分隔,其中横向发射器结构。横向发射器结构810包括边缘区域912,该边缘区域围绕着,横向发射器结构810的、对发射的红外光做出主要(多于50%的光强度)贡献并且横向延伸至例如由绝缘层形成的绝缘材料(例如,二氧化硅)中的部分。横向发射器结构810在相对侧、在边缘区域912内,通过电接触件902(例如,过孔、丝极接触件)被电连接,该电接触件902连接至外部电流源,或者连接至在相同半导体裸片上的发射器控制模块。更多细节和方面参照上述实施例进行描述。
[0073] 图9示出了具有集成滤光器的红外(IR)发射器的示例。该滤光器例如可以设置在红外发射器上。
[0074] 图10示出了根据实施例的发射经频率调节的红外光的半导体器件1000的示意性截面图。半导体器件1000的实施方式与图9所示的实施方式类似。然而,发射器层815和滤光器层820彼此独立,且被设置为彼此紧邻。这样,例如可能为发射器层815和滤光器层820选择了不同的材料。更多细节和方面参照上述实施例进行描述。
[0075] 图10示出了具有集成滤光器的红外(IR)发射器的示例。该滤光器例如可以设置在红外发射器上。
[0076] 一些实施例涉及红外发射器或者具有集成滤光器的红外发射器。例如,MEMS(微机电系统)工艺可以用于实现红外(IR)发射器和周围芯片之间良好的热隔离。这可以例如实现低功耗以及具有电路系统的IR发射器的集成灵活性。
[0077] 换言之,IR发射器可以通过与MEMS腔体结合来实现。光子晶体可以集成并设置在丝极上方。可以采用硅技术中的以及与电路系统结合的简单集成。
[0078] 可以使用不同波长的多种滤光器。例如,可以应用低通滤光器、高通滤光器或带通滤光器。例如,可以以硅或金属来实现滤光器结构。
[0079] 该结构(发射器结构)可以采用MEMS技术来释放(例如,通过使用微机电系统技术来释放),以便热去耦合。用于滤光器的金属结构可以用于热去耦合(例如,通过有气体间隙进行分隔)。
[0080] 所提出的概念可以采用MEMS工艺来实现(例如,多丝极、氧化物牺牲层SL、金属丝极、外延(epitaxy)丝极和牺牲层、威尼西亚工艺(venetia-process)、碳硬掩膜)。
[0081] 此外,例如可将距离(在发射器结构和滤光器结构之间的)调节至波长的四分之一(λ/4),以生成法布里-珀罗滤光器结构。
[0082] 图11示出了根据实施例的用于形成半导体器件的方法1100的流程图。方法1100包括形成1110横向发射器结构,该结构被配置用于发射具有发射器频率分布的红外光。此外,方法1100包括形成1120横向滤光器结构,该结构被配置用于对由横向发射器结构发射的红外光进行滤光,以使经频率调节的的红外光提供有经调节的频率分布。经调节的频率分布的频率范围比发射的频率分布的频率范围窄。此外,横向气体间隙设置在横向发射器结构和横向滤光器结构之间。
[0083] 这样,可以以省力地实施所提出的半导体器件。
[0084] 方法1100可以包括一个或多个可选的附加动作,该动作对应于参照上述一个或多个实施例或所提出的概念而提出的一个或多个方面。
[0085] 图12示出了根据实施例的用于形成半导体器件的方法1200的流程图。方法1200包括形成1210被配置用于发射红外光的横向发射器结构。横向发射器结构被配置为,被流经横向发射器结构的电流加热。此外,横向发射器结构被构造为,若横向发射器结构被加热,则提供具有经调节的频率分布的经频率调节的红外光。此外,横向腔体邻近横向发射器结构的面向半导体衬底的一侧。
[0086] 这样,可以省力地实施提出的半导体器件。
[0087] 方法1200可以包括对应于一个或多个可选的附加动作,该动作对应于参照上述一个或多个实施例或者所提出的概念而提出的一个或多个方面。
[0088] 实施例可以进一步提供具有用于执行一种上述方法的程序代码的计算机程序,当计算机程序在计算机或处理器上运行时。本领域技术人员将易于认识的是,可以由经编程的计算机执行各种上述方法的步骤。此处,一些实施例也意在包括程序存储器件,例如数字数据存储介质,其是机器或计算机可读的并且对指令的机器可执行或计算机可执行程序进行编码,其中指令执行了上述方法的一些或所有动作。程序存储器件例如可以是数字存储器,诸如磁盘和磁带的磁性存储介质,硬件驱动器,或光学可读数字数据存储介质。实施例也意在包括经编程以执行上述方法的动作的计算机、或被编程以执行上述方法动作的(现场)可编程逻辑阵列((F)PLA)、或(现场)可编程阵列((F)PGA)。
[0089] 说明书和附图仅示出了本公开的原理。因此应该知晓的是,本领域技术人员将能够设计出各种设置,其包含了本公开的原理并且被包括在其精神和范围内,尽管此处并未明确描述或示出。此外,在此所描述的所有示例原则上意在表述为仅用于教导性目的以辅助读者理解本公开的原理以及由本发明人贡献的对本技术领域有促进的概念,并且应解释为并非对于这些具体所描述示例和条件的限定。此外,在此引用了本公开的原理、概念和实施例的所有陈述以及其具体示例意在包括其等同形式。
[0090] 标注为“用于…的装置”(执行特定功能)的功能性模块应该被理解为包括被配置用于分别执行特定功能的电路系统的功能模块。因此,“用于某事物的装置”也可以被理解为“被配置用于或者适用于某事物的装置”。因此,被配置用于执行特定功能的装置并未暗示这些装置必需执行该功能(在给定时间下)。
[0091] 附图中所示各个元件的功能,包括被标注为“装置”、“用于提供传感器信号的装置”、“用于产生传输信号的装置”等等的任何功能块,都可以通过使用专用硬件而提供,诸如“信号提供器”、“信号处理单元”、“处理器”、“控制器”等等、以及与合适的软件相关联的能够运行软件的硬件。此外,在此描述作为“装置”的任何实体可以对应于或者实施为“一个或多个模块”、“一个或多个器件”、“一个或多个单元”等等。当由处理器提供时,可以由单个专用处理器、由单个共用处理器、或者由其中一些可以被共用的多个单独处理器来提供功能。此外,术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应解释为排他地指能够运行软件的硬件,并且可以暗示地包括并不限于数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、以及非易失性存储器。也可以包括传统的和/或用户定制的其它硬件。
[0092] 本领域技术人员应该知晓的是此处任何方框图表示实现了本公开原理的说明性电路系统的概念图。类似地,应该知晓的是任何流程图、流程框图、状态转换图、伪代码等等,表示可以在计算机可读介质中实质地(substantially)表现的并且从而由计算机或处理器运行的各种过程,不论是否明确示出了这类计算机或处理器。
[0093] 此外,以下权利要求因此合并入详细说明书中,其中每项权利要求可以基于其自身的单独存在的实施例。虽然每项权利要求可以基于其自身的单独的实施例,但是应该注意的是——尽管在权利要求中从属权利要求可以涉及与一个或多个其它权利要求的特定组合——但是其它实施例也可以包括从属权利要求与每个其它从属或独立权利要求的主题的组合。在此提出了这类组合,除非规定了并非意在包括具体组合。此外,也意在将权利要求的特征包括于任何其它独立权利要求,即便该权利要求并非直接从属于独立权利要求。
[0094] 应该进一步注意的是说明书中或权利要求中所描述的方法可以由具有用于执行这些方法的每一相应动作的装置的设备来实施。
[0095] 此外,应该理解的是,在说明书或权利要求中对所描述的多个动作或功能的公开可以不解释为在具体顺序内。因此,对多个动作或功能的公开将不限制这些动作或功能为特定顺序,除非这些动作或功能对于技术原因而言是不可互换的。此外,在一些实施例中,单个动作可以包括或者可以被划分为多个子动作。这些子动作可以包括并且作为该单个动作的公开的一部分,除非明确地被排除。
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