CMOS红外光源的设计与实现

基于红外气体传感器微型化、低成本和低功耗的发展需要,设计了一种用于非色散红外(NDIR)集成气体传感器的互补金属氧化物半导体(CMOS)红外光源。它以非等间隔的蛇形钨(W)薄膜电阻作为加热丝,以二氧化硅(SiO_(2))和氮化硅(Si_(3)N_(4))多层复合介质薄膜为支撑形成悬空膜片式微热板,以氧化铜(CuO)和二氧化锰(MnO_(2))纳米材料复合薄膜作为辐射增强层。基于COMSOL软件进行了热电耦合仿真,证明结构设计合理性。采用标准CMOS工艺、硅(Si)的深刻蚀工艺以及静电流体动力学打印技术流片制造了该CMOS红外光源芯片。性能测试结果表明:该红外光源从室温升温至469℃的热响应时间约为41 ms,电功耗仅为138 mW,辐射区温度分布均匀,引入辐射增强层使表面比辐射率提高约35%,红外光源的辐射功率和红外光谱辐射强度测试结果表明:该涂层有效地增强了红外辐射。

基于传感器阵列解耦合的气体种类识别及浓度检测方法

采用传感器阵列进行气体识别时,某个传感器出现故障将导致整个系统不能使用.受集成学习Bagging方法的启发,提出了传感器阵列解耦合方法.当硫化氢、氨气和丙酮这3种气体在某路传感器数据无法被正常采集的情况下,使用逻辑回归方法作为基分类器仍然能达到100%的气体分类正确率.鉴于良好的分类效果,提出了基于类别先验知识的浓度检测方法.将决策树回归作为基回归模型的传感器阵列解耦合浓度检测方法平均绝对百分比误差为2.28%,结果验证了传感器阵列解耦合方法的可行性.

InSb薄膜热导率温度特性及传热机理

InSb薄膜广泛应用于高精度的光电存储、红外探测和红外热成像技术以及超分辨掩膜层技术中.热导率及其温度特性是影响薄膜实际应用的关键因素.采用瞬态热反射方法测试了厚度为70~200nm的InSb薄膜在非晶态和晶态下热导率,并探讨了其中的传热机理.对于晶态InSb薄膜,热导率为(0.55±0.055)W/(m·K),并且随温度的变化不明显;而非晶态InSb薄膜在温度450K以下时热导率为(0.37±0.037)W/(m·K).当温度在450K以上时,由于薄膜从非晶态转化为晶态,其热导率经历了一个突然的升高过程.无论是晶态还是非晶态薄膜样品,热导率与薄膜厚度都没有明显依赖关系.研究结果可以为InSb薄膜的实际应用提供有益的参考.

用于苹果品质监测的多温度扫描电子鼻系统

基于互补金属氧化物半导体(CMOS)集成微气体传感器阵列芯片开发了一种用于苹果品质监测的便携式电子鼻系统。使用2 mm×2 mm芯片上集成的4只可独立控温的半导体气体传感器,对品质良好、有瑕疵以及两者混合的苹果样本进行了气体检测。通过在传感器气敏性能良好的150~350℃温区内以50℃为步长进行温度扫描,构成虚拟传感器阵列。对其在不同温度稳态条件下提取的特征混合样本,进行了显著性分析,从而筛选出了不同气氛显著性差异大的4个温度特征样本。对该样本采用线性判别分析(LDA)算法降维,然后采用K最近邻(KNN)算法对苹果样品进行分类。结果表明:所提出的多温度稳态特征混合方法的最高分类准确率为98.3%,与单一和非稳态温度结果相比得到了大幅提升。

Modified Eigendecomposition DOA EstimateAlgorithms and Field Test Studiesfor Super-Resolution

The signal direction of arrival (DOA) estimate algorithm based on the eigendecomposition of the modified covariance matrix is introduced in this paper. A field test system consisting of a 4-element linear array and a meter band radar is also presented, which is applied to the experimental studies of the algorithms in the practical performances. The results of the test indicate that when SNR is only 5.85 dB, two airplanes being 0.25 beam width apart in azimuth can be resolved clearly.

He注入对W在瞬态热负荷条件下熔化行为的影响

通过多峰He离子注入的方式在W表面获得了约450 nm深的均匀损伤平台,并且通过改变离子注量控制损伤程度为0.2～1.0 dPa。利用瞬态热反射法测量了表层亚微米级别损伤层的热导率,并进一步依托电子束实验平台EMS-60研究了损伤材料在瞬态热负荷下的熔化行为。结果表明, He离子注入在W表层形成了高密度的He团簇,损伤层热导相比于块体材料下降了1个数量级,并且随着损伤程度的升高而下降。损伤W在瞬态热负荷条件下的熔化阈值由1.9 GW·m^(-2)下降至1.5 GW·m^(-2)以下,熔化阈值同样随着损伤程度的增加而降低,并且在熔池外部出现裂纹。研究表明表面亚微米的损伤结构会强烈损伤W在瞬态热负荷下的熔化行为;损伤层的热导率很好地反映了损伤程度,并与热负荷行为相吻合,将微观损伤与宏观性能建立了联系。