硅基MEMS红外光源制造及其辐射特性研究

结合现有微机电系统(MEMS)制造工艺加工设计了一种新型的硅基MEMS红外辐射光源,该光源采用辐射功能层悬浮结构,主要包括微米量级多晶硅辐射层、重掺杂单晶硅反射层、二氧化硅保护层、支撑层和金属电极层;采用硼离子注入技术对多晶硅辐射层进行掺杂改性,实现多晶硅辐射层良好的电阻加热和体辐射效应;采用光谱辐射计对MEMS红外光源辐射光谱进行测试,显示光谱辐射波段为2~14μm;光源驱动电压为5.8 V时,电光转化效率达9.76%,光源开启时间约为20 ms,关断时间约为10 ms,总驱动响应时间为30 ms。     

硅基 MEMS 红外光源热稳定性测试研究

光电标识是完成识别和搜救任务的“眼睛”。作为“眼睛”核心组成器件,MEMS 红外光源的工作稳定性对标识效果具有最直接的影响,而 MEMS 红外光源的工作稳定性取决于辐射薄膜的热稳定性,表现为辐射体薄膜结构工作电阻的动态变化趋势。为此通过开展 MEMS 红外光源电阻特性研究对于深入探索光电标识装置的标识特性意义重大。采用阻抗分析仪进行测试,结果表明 MEMS 红外光源长时间工作下其本征电阻值变化量仅为0.4%,热稳定性良好;在可承受驱动电压范围内,光源的动态电阻随电压的变化无明显偏移,薄膜表面形貌变化正常,MEMS 红外光源整体结构工作稳定。     

MEMS红外光源定向辐射结构设计与分析

红外光源辐射利用率是制造高性能红外系统的关键,准直透镜因其减少红外光源的广角散射而大幅提高红外光源利用率。针对MEMS红外光源设计CaF2高红外透射材料的双凸曲面结构准直辐射透镜,使红外光线收敛呈准直辐射;由MEMS红外光源封装确定透镜最佳口径r＝6.48 mm,透镜焦距f＝7.2 mm,透镜厚度d?≤2 mm,用Zemax光学软件仿真优化,得出中间层厚度d＝0.309 mm。并进行透镜的聚光光路仿真分析和效果验证,为定向辐射 MEMS 红外光源研发提供最优的原型尺寸参数,极大提高设计效率。     

硅基MEMS红外光源光谱特性测试研究

硅基 MEMS 红外光源作为红外应用系统的核心部件,其光学辐射特性直接影响着整个红外装置的性能,然而,国内外对于硅基 MEMS 红外光源的辐射特性尤其是辐射光谱特性未见详细报道,因此,为确定硅基MEMS红外光源的辐射光谱分布,对MEMS红外光源光谱特性进行准确测试是非常必要的。实验采用OL（Optronic Laboratories）系列光谱测量系统对MEMS红外光源进行光谱特性测试,相对辐射光谱测试结果显示该光源的红外光谱波段主要分布在3～5mm,中心波长在3.6mm处,其大气透过率接近90%,具有很好的大气透射度。     

MEMS红外光源光谱特性及温度特性测试研究

MEMS红外光源是基于微机电系统(MEMS)制造工艺的红外光源器件,为明确MEMS红外光源的辐射光谱分布特性和温度特性,采用SR5000光谱辐射计对MEMS红外光源进行辐射光谱分布特性测试,所得数据表明所选光源的红外光谱分布主要在3~5μm之间,中心波长位于3.6μm,该波段红外光具有接近90%的大气透过率;采用红外测温仪和热敏电阻对光源辐射体温度进行测试,结果显示所选MEMS红外光源温度特性优良,适用范围广泛.     

面向MEMS红外光源的辐射增强结构设计

针对常规TO封装下红外光源辐射量在一定光程下严重衰减的不足,基于自研的MEMS红外光源结构,提出了用于红外辐射增强的反射镜及用于光束准直的透镜封装结构,以期大幅提高光源有效辐射效率。本文基于Zemax软件对红外光源在光路中的辐射特性进行了模拟仿真。仿真结果表明:红外光源放置于9.52 mm口径、9.41 mm深度的抛物面反射镜的焦点位置,辐射能量提高了15.5倍;采用2.2 mm厚的BaF2材料的双凸曲面辐射透镜,红外光线呈准直收敛辐射,辐射效率最大可以达到27.42%。本工作研究成果为红外光学气体传感器光源提供了合理的红外辐射增强结构尺寸参数,有效提高了系统的稳定性和光源的辐射效率。     

MEMS红外光源研究及其应用

首先介绍了红外光源的类型,从波长范围、调制频率、输出功率以及制作成本等方面比较了三种不同类型红外光源的优缺点。分析了基于微机电系统(MEMS)加工技术的红外光源工作原理和类型。系统综述了MEMS红外光源的国内外研究现状,包括不同辐射层材料和不同结构的MEMS红外光源。详细描述了MEMS红外光源在红外气体传感器、目标识别装置、红外通信装置中的应用。讨论了其在结构设计和加工过程中存在的高辐射率发光材料的制作、红外光源薄膜热应力的释放以及机械强度低等技术瓶颈问题,并简单展望了MEMS红外光源的未来发展趋势。     

基于纳米黑硅的新型MEMS红外光源

结合等离子体处理制备黑硅技术,研究了一种可用于非色散红外吸收光谱(non-dispersive infra-red,NDIR)气体传感器的微机电(micro-electro-mechanical systems,MEMS)红外光源。相较于其他MEMS红外光源,该光源以新型纳米黑硅材料作为辐射层,黑硅的近黑体特性使光源在3~5μm波段发射率可达到98%以上。光源采用四梁固支悬浮薄膜结构,可有效减小辐射区向硅基底的热传导;采用深反应离子刻蚀(DRIE)进行背面释放,有效减小了器件的尺寸。经测试,该光源的光谱辐射特性和调制特性均能满足NDIR气体传感器的要求,且简单的制备工艺使该光源易于实现大规模重复性制造,利于实现产业化推广。     

调制型半导体激光器恒流驱动电路设计

半导体激光器驱动电流的微小变化将直接导致其输出光强的波动。为实现半导体激光器的稳定功率输出,基于电压负反馈原理设计了包含软启动和限流保护电路的恒流驱动电路;同时针对为消除背景光的影响而对光源进行调制的需要,设计了包括晶体振荡电路和分频电路的集成激光器调制电路。制作具体电路并完成了相关实验。实验结果表明该电路能够提供高稳定度的驱动电流,电流稳定度达0.05%;软启动和限流保护电路可保护半导体激光器并提高其抗冲击能力。调制电路产生半导体激光器调制所需的载波信号并直接完成输出光调制,通过开关可方便地实现从256 Hz～512 kHz范围内12种常用调制频率的选择。     

一种用于CO2气体传感器的新型MEMS红外光源

基于CO2红外气体传感器微型化、智能化、低功耗的发展要求,创新性地提出一种中心温度为407℃的CO2检测用微电子机械系统(MEMS)红外光源芯片.采用X型悬空桥式微热板结构,内部发热区域以环形走线的钨(W)电极为加热丝,以SiO2和Si3N4双层薄膜作为机械支撑保护层,可防止钨电阻丝氧化并提高寿命.电热耦合有限元仿真分析显示,该光源芯片具有发热区温度分布均匀、热响应时间短、功耗低的优点.采用10.16 cm(4 inch)MEMS工艺完成了芯片的流片制造.测试结果表明,该光源芯片在24 ms内即可快速升温至工作温度407℃,功耗低至46 mW,工作电压为2.85V,工作电流为16.2 mA,具有热响应时间快、功耗低、集成度高的特点.     

一种MEMS开关驱动电路的设计

静电驱动MEMS开关可靠工作需要较高的驱动电压,大多数射频前端系统很难直接提供,因此需要一种实现电压转换和控制的专用芯片,以满足MEMS开关的实用化需要。本文基于200V SOI CMOS工艺设计的高升压倍数MEMS开关驱动电路,采用低击穿电压的Cockcroft-Walton电荷泵结构,结合特有的Trench工艺使电路的性能大大提高。仿真结果显示驱动电路在5V电源电压、0.2pF电容和1GΩ电阻并联负载下,输出电压达到82.7V,满足大多数MEMS开关对高驱动电压的需要。     

红外热成像系统的采集与驱动电路设计

高精度采集电路是构成高精度红外热像仪的重要组成部分.在简单介绍红外热成像系统基本原理的基础上,给出了用法国ULIS公司的384×288元非致冷红外焦平面阵列探测器设计的红外成像系统的硬件构成.该系统采用CPLD复杂可编程逻辑器件作为采集与驱动时序电路的核心控制芯片,以VSP2566作为采集芯片,把探测器输出的模拟信号转...     

光纤激光器泵浦源驱动电路的设计

根据通信用光纤激光器泵浦源的要求,结合半导体激光器的特性,设计了一款高性能、低成本的激光器驱动电路(包括恒流电路、控制电路和保护电路)。恒流电路采用达林顿管作为调整管,利用集成运放的深度负反馈实现恒流输出。经实验验证,本设计系统恒流源稳定度达0.03%,纹波较小,可实现对光纤激光器泵浦源激光二极管(LD)的驱动。     

声光调制器驱动源电路研究

介绍一种声光调制器驱动源的电路设计,用以提高声光调制器性能.在驱动电路的设计中运用稳频稳幅措施、深度负反馈技术及高频低噪的功放集成芯片,改善驱动信号质量,提高输出功率.使驱动源的电路参数满足声光调制器的要求.     

半导体激光器驱动电路设计

为了提高半导体激光器(LD)的使用寿命,确保激光器发射信号的质量,设计了一款高性能、低成本的激光驱动电路,包含慢启动电路、恒流电路和保护电路三部分。在TINA环境下进行模拟,结果显示该驱动电路满足设计需求,对类似电路设计有很好的借鉴作用。     

红外焦平面器件脉冲驱动电路的小型化设计

代表着红外器件发展的主流方向的红外焦平面器件,其正常工作时需要驱动脉冲信号多达十几路,为了使红外焦平面阵列处于最佳工作状态,就必须设计出相应的驱动电路.提出了一种红外焦平面器件驱动电路的设计方法.该电路具有体积小、功耗低及灵活性好等特点,为驱动电路以及成像系统的小型化提供了良好的技术基础.     

半导体激光器驱动电路设计

设计了一种半导体激光器驱动电路,论述了半导体激光器的构造及其电路原理,阐述了半导体激光器驱动电路中恒流电路与恒压电路的工作原理与设计思路.通过在电路设计中增加恒压电路模块,有效地降低了半导体激光器的功耗.     

OLED驱动电路的设计研究

文章依据OLED器件的结构和发光机理介绍了OLED的驱动电路,并讨论了各种驱动电路在使用中的一些问题,提出了它们的适用场合.