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。     

基于氧化钒热敏特性的太赫兹探测器

采用氧化钒(VOX)薄膜作为热敏层的非制冷红外微测辐射热计在红外探测方面已取得很大成功,而当将其用于波长更长的远红外太赫兹(THz)波探测时其中存在的不足就会体现出来。介绍了基于微测辐射热计设计的 THz 探测器所需的 THz 波吸收材料、VOX热敏材料及信号读出电路应满足的基本要求,为研制 THz 波探测器提供了必要参考,并给出已研制成功的 VOX热敏薄膜材料的部分性能实验结果。     

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。     

金属微反射镜对非制冷氧化钒微测辐射热计的红外辐射吸收率影响分析与一种改进的微测辐射热计模型

从光学角度出发,首先讨论了单层VOx微测辐射热计中探测单元衬底上的金属反射镜的厚度以及材料对微测辐射热计红外吸收率的影响,利用软件建立了微测辐射热计的红外辐射吸收率模型,得到了厚度不同的Al反射镜对微测辐射热计模型8~14?m红外波段吸收率的影响以及厚度为0.1?m的3种不同材质的金属反射镜对同一模型红外吸收率的影响。当厚度等其他参数相同时,使用Al、Copper和Gold用作金属反射镜的材料,单层VOx微测辐射热计模型在8~14?m波段的红外吸收率并没有明显区别。另外,我们改进了一种已有的VOx微测辐射热计结构并对比了改进前后模型8~14?m红外波段的吸收率,改进后的模型平均吸收率达到了94%大于改进前初始模型的90%左右。最后,我们讨论了真空谐振腔高度与微测辐射热计桥面材料厚度对工作波段吸收率峰值处波长的影响。     

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.     

非致冷型红外探测器达到新的性能水平和成本目标

0背景非致冷型红外探测器已经取得了许多重要技术进展,而且其可靠性、可制造性以及成本等也得到了改进。这就为基于这种探测器的各种红外相机的应用前景注入了活力。人们已经推出了用于各种热成像场合的低成本固定/便携式红外相机以及高性能红外系统。由于具有价格优势和较好的总体性能,它们打破了红外相机的传统市场格局,同时也促进了新市场的形成。图1所示为用1024×768元非晶硅微测辐射热计探测器获得的高灵敏度、高分辨率图像。     

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。     

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%。     

非晶硅微测辐射热探测器的现状与发展

基于非晶硅薄膜材料的微测辐射热探测器凭借其成本低、结构简单、可大规模生产等优势,在过去十几年间发展迅速,其焦平面阵列由最初的160×120小规模发展到目前的1024×768大规模,像元间距也由50μm减少到17μm。简要介绍了作为微测辐射热探测器的热敏电阻材料的优缺点,重点评述了具有代表性的非晶硅微测辐射热探测器的研究现状及发展趋势。     

射频磁控溅射氧化钒薄膜的结构与性能研究(英文)

以非制冷微测辐射热计型红外探测器应用为需求背景,采用射频磁控溅射技术在300℃低温条件下制备了氧化钒薄膜。采用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、能量色散谱(EDS)及X射线光电子能谱(XPS)技术表征了薄膜的结晶状态、微观结构与化学组成。采用四探针技术研究了薄膜的电学性能。结果表明该薄膜主要为非晶态的二氧化钒(VO2),并具有光滑的表面形貌。这种非晶VO2薄膜在22～100℃温度范围内不存在半导体-金属相变。100 nm厚的非晶VO2薄膜室温下的面电阻为600 kΩ/□,同时表现出-2.1%/℃的较高电阻温度系数(TCR),这表明该薄膜有希望用于非制冷微测辐射热计型红外探测器。     

微辐射热计的光学与热学设计

针对四臂微桥结构的微辐射热计的光学和热学设计，分析了Si02红外吸收层／poly-Si热敏感薄膜电阻层／Si02支撑薄膜层的多层薄膜的光学特性，研究了Si02红外吸收层的厚度对多层膜系平均红外吸收率的影响。与常规设计思想不同的是，没有假设微辐射热计的平均红外吸收率一定，而将不同厚度的Si02红外吸收层所对应的膜系平均红外吸收率用于微桥的热学设计中，通过有限元分析软件ANSYS5。7，得到Si02红外吸收层的最佳厚度，并对微桥支撑臂进行了优化设计。     

法国ULIS公司正在研制高性能非致冷型红外成像阵列

非晶硅微测辐射热计可以使像元间距为17μm的高灵敏度和使用方便的非致冷型红外焦平面阵列直接实现大批量生产。     

基于CMOS工艺的横向多晶硅p^＋p^-n^＋结红外微测辐射热计

基于多晶硅p-n结正向压降的温度特性,应用标准CMOS工艺,结合体硅微机械加工技术,研制成功非制冷红外微测辐射热计.本文详细分析了横向多晶硅p+p-n+结的温度特性,给出了正向压降温度变化率的理论表达式和实验测量值;并描述了微测辐射热计的设计思路和制作工艺.实验结果表明在室温(284～253K)附近,横向多晶硅p+p-n+结正向压降的温度变化率为1.5mV/K;在3～5μm红外波段,微测辐射热计的电压响应率为5.7×103V/W,黑体探测率D*为1.2×108cm.Hz1/2.W-1.     

基于非制冷微测辐射热计的非晶硅锗薄膜电学特性研究

采用等离子体增强化学气相沉积方法(PECVD)制备了应用于微测辐射热计的非晶硅锗薄膜(a-SixGey),并研究了不同反应气体流量比GeH4 /SiH4对薄膜电学性能参数(电阻温度系数TCR和电导率)的影响。研究结果表明,随着流量比GeH4 /SiH4的增大,薄膜电阻温度系数降低,电导率则呈现上升趋势。所制备的薄膜表现出了高TCR值(约3.5%/K-1),适中的电导率(1.47×10-3(Ω·cm)-1)和优良的薄膜电阻均匀性(非均匀性<5%),在微测辐射热计热敏材料领域具有良好的应用前景。Abstract:关键词:Key words:     

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.     

微测辐射热计器件工艺开发和特性评估

依托半导体生产线开发了基于MEMS微桥结构的微测辐射热计(micro-bolometer)器件,其中,使用化学气相沉积(CVD)技术开发了非晶硅(α-Si)薄膜工艺,并将其用作微测辐射热计器件的敏感层材料,该材料在1 000?厚度下的膜厚均匀性可以控制在2%以内(1-sigma,within wafer),电阻均匀性可以控制在2%以内(1-sigma,within wafer),其室温下的电阻温度系数(TCR)可以达到-2.5%左右;采用先刻沟槽工艺技术开发了MEMS微桥结构的接触模块,以无支撑柱结构实现了其支撑和电连接结构;使用Ti/TiN薄金属薄膜作为电极层,并利用电极层图形实现该敏感层电阻器件的电连接和图形定义;开发了高性能敏感层电阻工艺技术,实现了对敏感层材料工艺损失和电极层侧面腐蚀的良好工艺控制。在完成微测辐射热计器件工艺开发后,对其进行了器件级测试和评估,结果表明：该器件室温电阻值在250 kΩ左右,且具有优异的欧姆接触特性;室温下器件级TCR在-2%左右,略低于非晶硅薄膜材料TCR的测试值;同时,对该器件进行的升温和降温测试结果表明,文中开发的敏感层材料没有滞回效应。最后...     

0.9μm-1．7μm高性能近红外InGaAs摄像机

红外探测器一般是通过探测一场景中各种物体的热辐射差进行工作的。它们将探测到的热辐射差转换成电信号,然后再对该电信号进行处理。微测辐射热计是利用传统集成电路技术制备在一种衬底材料上的红外探测器。它们可用于气体探测、夜视以及许多其它应用领域。但普通微测辐射热计的响应时间和灵敏度会     

双层红外微测辐射热计的微桥结构仿真

非制冷红外探测器具有广阔的军事和民用前景。近年来,出现了一类性能优越的新型双层微测辐射热计型红外探测器。利用有限元分析方法和光学导纳矩阵法详细研究了两种类型的双层微测辐射热计的主要性能。结果表明,双层微测辐射热计的综合性能优于单层微测辐射热计。其中,双层S型结构的温升最优,但其力学稳定性较差,难以满足实践需要;双层U型结构的温升虽低于双层S型结构的温升,但明显优于单层微桥;重要的是,双层U型结构在光吸收性能、力学稳定性、器件制造等方面均优于双层S型结构。所以,双层U型结构的综合性能更优。还设计了一种综合性能更优的改进型双层U型结构。     

用于10mm 微测辐射热计的红外光学天线设计

微测辐射热计利用热敏电阻对温度的敏感特性来实现红外探测,将光学天线场局域的能力应用于微测辐射热计,可以集中入射能量至热敏电阻,提高电阻的温度响应。基于这一思想设计了一种工作在红外波段的改进型蝶形光学天线,其中心场强最高可增强83 倍。采用了多物理分析方法,结合两种常用的热敏材料(铝和氧化钒)对耦合结构的电磁特性和热学特性进行了分析。结果显示,在1000 W/m² 的入射功率密度下,铝温升可达1.85 mK,氧化钒温升0.85 mK,与同类工作相比温度响应增强了数倍。该改进型蝶形光学天线可用于微测辐射热计提升红外探测效率,在高密度红外成像器件应用中发挥作用。     

非制冷微测辐射热计的热平衡分析

非制冷微测辐射热计焦平面阵列技术在国外已取得了令人瞩目的成就,与其它红外探测器相比,微测辐射热计更适于开拓民用市场,目前国内在这方面的研究也已成为热点。文章介绍了微测辐射热计的物理模型及其理论计算方法,利用黑体辐射和传热理论,建立了微测辐射热计的热平衡方程,并利用MATLAB软件获得了数值运算结果。分析表明,热传导、热容、偏置方式等时微测辐射热计性能的影响是设计考虑的关键。