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。     

MEMS红外光源可调制驱动电路设计

针对MEMS红外光源的驱动控制问题,提出了一种基于FPGA和稳压集成电路ADP3336的可调制驱动系统。通过对MEMS红外光源的辐射光谱和驱动特性研究,确定基于可调脉冲方波的直接驱动控制方式;采用FPGA对数字脉冲信号进行占空比和频率的复合调制;采用ADP3336对光源精密稳压驱动,使驱动电压偏差不大于0.1 V,驱动效率达80.1%。该驱动电路实现了对MEMS红外光源大功率、高精度、高效率供能驱动以及深度调制,为这种新型红外光源器件的应用提供了技术基础。     

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3~5μm,中心波长在3.6μm处,其大气透过率接近90%,具有很好的大气透射度。     

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。     

基于空间光调制器的光谱可调光源定标

基于空间光调制器的光谱可调光源是一种新型的定标光源,旨在实现定标光源与观测场景光谱匹配的定标新模式,进一步提高光谱定标和辐射定标精度。针对空间光调制器非光敏的特点以及这种新型光源特殊的工作模式,采用“激光光源+光谱仪”进行了光谱预定标和光谱精细定标,采用“标准灯-参考板+光谱仪”进行了辐射定标,实现了对该光源系统470~945 nm范围的光谱及辐射定标。不确定度分析结果表明,波长定标的不确定度优于0.2 nm,辐射定标的不确定度优于3.1%（k=1）。     

多晶硅液态源掺杂工艺质量控制究

采用液态源进行多晶硅掺杂,利用最小二乘法得出多晶硅掺杂方块电阻与掺杂时间,以及多晶硅掺杂方块电阻与多晶硅厚度的实验曲线和经验公式。为硅栅CMOS电路中的多晶硅掺杂工艺的设计提供了直接依据,并为其工艺质量控制提供了保障。     

铝诱导多晶硅薄膜籽晶层的电学性质

利用磁控溅射系统在玻璃衬底上制备出具有玻璃∕铝∕非晶硅的多层膜结构样品,然后在管式退火炉中以一定的温度退火,使非晶硅晶化形成多晶硅薄膜籽晶层。扫描电子显微镜(SEM)及光学显微镜测试表明,铝诱导结晶后样品中的铝层已被完全置换为连续并且厚度均匀的多晶硅层,多晶硅晶粒的平均尺寸为23μm。喇曼光谱测试和X射线衍射(XRD)分析表明,多晶硅薄膜籽晶层具有良好的结晶质量,并且具有高度的(111)择优取向。霍尔测试结果表明,铝诱导多晶硅薄膜籽晶层属于高浓度p型掺杂,掺杂浓度达到了1018/cm3。分析认为铝在非晶硅晶化过程中不仅扮演了诱导金属的角色,还起到了掺杂的作用。     

等能光谱分布定标光源

为了减小定标光源对空间光学遥感器定标系数的 影响,设计了一种基于积分球混光的等能光谱分布定标光源; 采用设计的光源模拟不同亮度的等能光谱用于遥感器的实验室绝对辐射定标,得到的定标系 数是遥感器光学系统、探测器和电子 学系统自身响应特性的客观度量。首先,理论分析了等能光谱分布定标光源用于遥感器 绝对辐射定标精度的机理;然后 解决了研制等能光谱分布定标光源的3项关键技术:积分球辐射特性仿真与结构设计、等能 光谱分布定标光源驱动控制系统以 及等能光谱匹配技术;最后对标定后的光源进行了性能测试,结果表明,在水平方向上,± 30°内辐射亮度角度非均匀度为0.80%,出光 口的辐照度非均匀度为0.53%,400~900nm波 段3个辐亮度等级10W/(m²·sr)、20W/(m²·sr)和30W/(m ²·sr)的光谱匹配 误差分别为5.45%、4.68%和6.37%,增加400~600nm波 段的LED种类将会降低光谱匹配误差。     

掺杂浓度对多晶硅纳米薄膜应变系数的影响

为有效利用多晶硅纳米薄膜研制MEMS压阻器件,本文对LPCVD多晶硅纳米薄膜应变系数与掺硼浓度的关系进行了研究,并利用扫描电镜和X射线衍射实验分析了薄膜的结构特点.结果表明:在重掺杂情况下,纳米薄膜的应变系数明显大于相同掺杂浓度下单晶硅的应变系数,而且掺杂浓度在2.5×1020cm-3左右时,应变系数具有随掺杂浓度升高而增大的趋势.对这种实验结果依据隧道效应原理进行了理论解释,提出了多晶硅压阻特性的修正模型.     

掺杂浓度对多晶硅纳米薄膜应变系数的影响

为有效利用多晶硅纳米薄膜研制MEMS压阻器件,本文对LPCVD多晶硅纳米薄膜应变系数与掺硼浓度的关系进行了研究,并利用扫描电镜和X射线衍射实验分析了薄膜的结构特点.结果表明:在重掺杂情况下,纳米薄膜的应变系数明显大于相同掺杂浓度下单晶硅的应变系数,而且掺杂浓度在2.5×1020cm-3左右时,应变系数具有随掺杂浓度升高而增大的趋势.对这种实验结果依据隧道效应原理进行了理论解释,提出了多晶硅压阻特性的修正模型.