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。     

测辐射热计性能的模拟分析

介绍了测辐射热计红外探测器,并从理论上对测辐射热计的热流量进行了模拟计算,得出由膜电阻实现的光电变换的输出信号电压,继而分析了测辐射热计的响应率和灵敏度等性能。指出了选用具有大的电阻温度系数和膜电阻材料和优良的热绝缘结构（如桥式结构）是研制器件的关键．测辐射热计具有性能好、价格低、可靠性高的特点,采用它研制的轻小型低功耗的红外热像仪可广泛地用于军事和民品。测辐射热计技术有望在下一个十年发展成为一门     

光导型测辐射热计红外探测器

本发明提供一种光导型测辐射热计红外探测器。这种红外探测器是用一种电阻会随入射红外辐射的光激发和热激发而变化的探测器材料制作的。对于这种探测器材料来说,由光激发和热激发引起的电阻变化是叠加的。该探测器材料悬置在衬底上面,它与衬底之间的间隙为入射辐射的四分之一波长,     

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...     

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。     

非制冷红外微测辐射热计的研制

采用多晶硅薄膜材料作为热敏电阻材料，以普通的ＩＣ工艺及微机械加工技术研制成功了在室温下工作的红外微测辐射热计，其多晶硅电阻温度系数为－２％℃－１，探测率Ｄ＊达２×１０８ｃｍ·Ｈｚ１／２·Ｗ－１．     

测辐射热计用氧化薄膜与采用氧化薄膜的红外探测器 美国专利US7250604（2007年7月31日授权）

本发明提供一种供高灵敏度测辐射热计型非致冷红外探测器用的氧化薄膜。该氧化薄膜是一种非晶氧化钒钨（v-w-Ox）,即一种掺钨的氧化钒,其电阻较低,为5kΩ至200kΩ,可变电阻温度系数（TCR）在-1．5％／℃与-4．1％／℃之间。它是在300℃左右的温度下通过改变钨的含量和氧化时间使钒-钨金属膜氧化的方法获得的。     

采用红外光源及高温测辐射热计的气体探测仪器

本发明提供一种红外气体探测仪器,该仪器内部装有一个用于传导电流和产生红外辐射的光谱源/测辐射热计组件。该光源/测辐射热计组件排列在一条轴线上,它有一个温度和一个特性电阻,特性电阻是温度的一个预定函数。该仪器还包括一个聚光反射器,这     

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。     

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。     

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。     

氧化钒热敏薄膜的制备及其性质的研究

报道一种制备氧化钒热敏薄膜的新方法。采用离子束溅射V2O5粉末靶淀积和氮氢混合气体热处理相结合的薄膜技术,可制备热敏性能较好的低价氧化钒薄膜VOx(x＜2.5)。对不同温度退火后氧化钒薄膜在10－100℃范围内测定了薄层电阻随温度的变化,得到的电阻温度系数（TCR）值为（－1～－4）％K^-1。研究结果表明通过这种方法可在较低温度下制备氧化钒薄膜,这种薄膜具有较低的电阻率和较高的TCR值,可作为非致冷红外微测辐射热计的热敏材料。     

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:     

红外成像器 美国专利US7247850（2007年7月24日授权）

本发明提供一种可用来探测光学系统视场中场景的红外辐射并将红外辐射转换成可见光图像的红外成像器。该红外成像器由位于光学系统焦平面中的一个非致冷微测辐射热计列阵和一个发光二极管或液晶显示元件列阵组成。其工作原理是,微测辐射热计收集到的红外辐射使其电输出发生变化,     

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。     

非制冷微测辐射热计热成像

文中在指出现代制冷型红外成像技术的不足,论述非制冷红外成像技术的优点之后,介绍了微测辐射热计阵列的非制冷热成像系统.首先与非制冷热电热像仪进行了比较,指出测辐射热计热成像的优势.然后描写了微测辐射热计阵列的设计,分析了桥式结构热绝缘对响应率提高所起的作用,并讨论了探测器噪声等效温差(NETD)的性能.最后概括地描述了微测辐射热计成像仪的设计.     

红外探测器向高灵敏度发展

当半导体探测器趋于成熟时,热探测器,尤其是微测辐射热计,其敏感红外辐射的灵敏度也正在不断提高。     

非致冷红外微测辐射热计的自热效应分析及重要参数测定

在考虑器件自热效应的情况下,对微测辐射热计的性能进行了深入地理论分析,应用了微测辐射热计的有效热导Ｇｅｆｆ概念,得出对于一定的热导的器件,存在着最佳工作偏置电流Ｉ０ｏｐｔ这一重要结论,并找到一种通过电学测量确定微测辐射热计有效热导Ｇｅｆｆ和有效时间常数τｅｆｆ的方法．试验结果与理论分析符合．     

微测辐射热计的热响应时间测试方法

热响应时间是微测辐射热计的关键参数,它会制约非制冷红外探测器的最高工作帧频。热响应时间的像元级测试能够真实反映传感器的物理热响应时间,为产品设计优化提供及时、有效的数据支持,因此准确测量该参数具有十分重要的意义。但目前像元级测试方法均未能有效补偿微测辐射热计的自热效应,无法精准地测量热响应时间。基于频率响应法测试了微测辐射热计的有效热响应时间。通过用电阻温度系数对自热效应进行补偿,可以精确测量物理热响应时间。通过实验分析了不同偏置电流下测得的物理热响应时间。结果表明,该方法准确度高,稳定性强。     

磁控溅射纳米VO_2（B相）热敏薄膜的制备

利用磁控反应溅射镀膜方法在低温（250℃）条件下制备了主要成分为B相亚稳态二氧化钒（VO2）的薄膜材料。电学性能测试表明：室温下该薄膜的方块电阻为50kΩ左右,电阻温度系数为-2.4%/K,可以作为非致冷红外微测热辐射热计的热敏材料。