微测辐射热计单元红外吸收分析

介绍了一种计算多层结构微测辐射热计探测单元的红外吸收模型,并计算了所设计25μm微测辐射热计探测单元的红外吸收。当探测单元表面金属吸收层的方阻从2~600Ω/□变化时,单元的吸收功率先逐渐增大,之后缓慢下降。对于300 K黑体辐射,当探测单元的吸收层方阻达到332Ω/□时,吸收率达到最大。此时在8~14μm波段单元的红外吸收率平均值为72%,吸收功率为16 nW。在此基础上对探测单元结构的悬空高度进行优化,得到最优的两层悬空间隙高度均为0.8μm,最优吸收率为82%。     

微测辐射热计的优化设计

针对典型的50 μm×50 μm双层微桥结构的微测辐射热计单元的设计,分析了其红外吸收性能、热性能、力学支撑性能及相互间的折衷关系,指出微桥桥面的夹层结构的各层膜厚选取和桥腿宽度的选取是兼顾红外吸收和热、力性能的关键因素.以Si3N4/VOx/ Si3N4膜系为例对微桥进行了优化设计,获得了理论上最佳的夹层结构膜厚和桥腿宽度,得到时间常数20 ms和8-14 μm波段有80 %以上红外吸收率.     

双层伞状开孔的微测辐射热计红外吸收分析

建立了具有伞状吸收层结构的微测辐射热计探测单元的红外吸收模型。基于光学导纳矩阵法和阻抗匹配理论,采用三维电磁仿真软件CST,对伞状结构不同开孔尺寸和形状下模型的红外吸收特性进行了分析。结果表明,双层伞状开孔微测辐射热计光学性能与伞状结构开孔大小有密切的关系。该伞状微测辐射热计中引入开孔后,在保持较高的红外吸收特性的基础上,减少了探测单元热容,从而提升了器件响应速度。最终所得探测单元在8~14μm红外波段内的平均吸收率为85%,满足超大规模小像元非致冷红外焦平面探测器的设计要求。     

基于非晶硅薄膜的微测辐射热计光学仿真和优化

基于非晶硅薄膜的非制冷微测辐射热计具有结构简单、易于大规模集成、工艺兼容以及良好探测性能等特点,在红外探测领域等受到关注。引入氮化钛薄膜作为新型红外吸收材料,通过光学导纳矩阵法,对基于非晶硅薄膜的微测辐射热计的红外吸收特性,进行了仿真和优化研究。结果表明,非晶硅微测辐射热计中,氮化钛/非晶硅复合薄膜具有良好的红外吸收性能。当非晶硅薄膜厚度为120 nm时,由氮化钛/非晶硅组成的膜系在8～14μm范围内具有96%左右的红外吸收率,其中氮化钛薄膜的最佳吸收厚度为32nm。     

微测辐射热计的红外热响应模拟

利用有限元法对微桥结构的测辐射热计进行了二维热模拟.定量地分析了探测单元的大小尺寸、支撑层的厚度,支撑臂的长度和宽度、引线材料的选取等对微测辐射热计探测单元在红外辐射下温度的变化和热响应的快慢情况.评估了真空封装对微测辐射热计红外响应的影响.同时作为比较对平板空腔结构的红外探测器也进行了分析.     

高温超导红外测辐射热计

根据超导测辐射热计的理论，以YBCO为材料，制备的高温超导薄膜型红外测辐射热计，黑体响应度Rv＞104V／W，D*＞1010cmHz1／2W－1，NEP≈10－14WHz-1／2。测量和分析了器件的频率响应、噪声特性和其对1～15μm波段及118．8μm，337μm，570．5μm，699μm，1009．4μm等波长的光谱响应。测量结果表明，高温超导红外测辐射热计对整个红外波谱都有响应，但其性能在远红外波段衰减很厉害，因此，对器件的表面处理应是提高其长波性能的一个关键。     

非晶硅室温微测辐射热计的研制

将聚酰亚胺作为绝热材料，对传统室温微测辐射热计结构进行了改进，成功制备了非晶硅室温微测辐射热计并进行了测试。以聚合物材料作为绝热材料，避免了表面牺牲层工艺和体加工技术，降低了成本、提高了成品率。在传统探测器结构基础上，在底部制备一层金属用作红外反射层，利用吸收层可以对红外辐射进行二次吸收。金属层和有源层间的隔离层对红外也有很好的吸收效果，由隔离层、有源层和钝化层构成三明治结构，可以显著改善对红外辐射的吸收。对器件的制备工艺进行了说明并对器件特性进行了测试，结果表明，在773 K黑体源8～14 μm红外辐射下，探测器的响应度最大为26.4 kV/W，表明器件具有较高的性能。     

非致冷微测辐射热计用Cd1-xZnxS高性能电阻温度系数材料

微测辐射热计是一种红外探测器,它会吸收红外辐射并略微地变热。其电阻是随温度变化的,因而可以被测量和校正。微测辐射热计最常用的材料有VOx和非晶硅,其中非晶硅的动态范围和隔热性能较差,因此基于非晶硅的微测辐射热计的应用目前仅限于消防方面。本发明提供一种电阻热系数高达1．5％-3．7％的Cd1-xZnxS薄膜材料。由于具有优良的特性,它可以在微测辐射热计类非致冷红外传感器中使用。这种薄膜材料可以用MOCVD、热蒸发或其它技术淀积。     

微测辐射热计的建模与仿真

微测辐射热计是一种应用前景广阔的非制冷型红外焦平面器件,本文对微测辐射热计 进行了建模和仿真,并利用该模型分析、仿真了复位积分放大器CTIA (Capacitive Transimpedance Amp lifier)输出的微测辐射热计对不同黑体目标的输出电压和像元的响应率,为进一步设计、优化微测辐射热计读出电路打下了基础。     

微测辐射热计的等效模型

微测辐射热计是一种应用前景广阔的非致冷型红外焦平面器件.这里用热平衡理论和噪声理论详细分析了微测辐射热计探测单元的热学、电学和噪声特性.建立了较为全面的微测辐射热计探测单元Spice模型,并对该模型进行了热学行为和噪声特性的仿真,由仿真结果对探测单元的工作方式和特性建立了具体、直观的认识,为下一步的设计工作打下了坚实的基础.     

微测辐射热计FPA的热学分析

微测辐射热计FPA的热设计是非致冷红外探测器设计的难点和关键.针对RIO推出的25 μm×25 μm IRFPA对其热性能作了分析,分析了桥面尺寸的减小对探测元被红外辐照后的温度变化率的影响,以及单个探测元在受红外辐照和偏置脉冲时的温度变化,并使用有限元分析软件ANSYS8.0模拟了单个热绝缘结构在稳态工作时的温度场分布.     

Ti微测辐射热计关键技术分析

Ti微测辐射热计具有高电阻温度系数、低噪声和与IC工艺兼容性好等特点,在非致冷红外图像系统等应用领域越来越受到关注.文章通过理论分析指出,降低热导、提高填充因子和降低噪声是该种器件形成和使用中的关键技术,给出了相关技术的研究状况.     

非致冷微测热辐射计阵列的设计

非致冷微型热辐射计焦平面阵列技术在国内已成为研究热点。介绍了微测热辐射计的原理并对其作了简化的计算分析,给出了微测热辐射计的结构、材料、封装和读出电路等重要部分的一些设计方案。     

非制冷微测辐射热计的特性参数

描述了非制微测辐射热计的电热效应,推导了响应率、噪声、噪声等效功率、噪声等效温差、探测率等特性参数的计算公式,结果表明,电热效应是影响微测辐射热计性能的关键因素之一。     

微测辐射热计阵列结构的制备

为了研究和优化二氧化钒（VO2）微测辐射热计的制备工艺,采用微电子机械系统（MEMS）体硅工艺制备了VO2微测辐射热计,经过研究和改进制备工艺,制得的微测辐射热计结构稳定,成品率高;经测试及计算,其响应率可达34.3kV/W,探测率为1.2×10^8cm.Hz1/2/W,响应时间约为65.3ms。此器件性能达到国内外同类器件水平。     

VO2-Based Infrared Microbolometer Array

V0₂-based thin film materials on silicon substrates are fabricated by ion beam sputtering and a post-annealing which is different from the conventional fabricating method. An infrared linear microbolometer array with 128 pixels is prepared using as-deposited vanadium dioxide thin films. Optical and electrical properties for V0₂-based microbolometer array are tested.     

微辐射热计红外探测器的性能预测

叙述了用微细加工技术制作的非致冷单片式半导体薄膜电阻辐射热红外探测器的结构模型。基于模型所预测的性能与实验结果相符合。性能分析表明，高的热绝缘和低噪声是高性能微辐射热红外探测器的关键。