微测辐射热计微桥结构性能分析

微测辐射热计的设计难点是起支撑作用的微桥结构的设计.重点研究了现在流行的几种微桥结构,对其性能参数进行分析比较,提出了多层结构的优点.并使用有限元分析软件对不同微桥进行结构分析,以比较其稳固性.

基于非晶硅的红外焦平面阵列微桥结构的研究

近年来,集成非制冷红外焦平面阵列技术的发展和应用成为国内外研究的热点。本文从红外材料的确定,探测结构的选择入手,通过大量的流片实验,对基于非晶硅的非制冷红外探测微桥结构制作工艺进行了系统的研究,得到一套合适的工艺参数,并成功制作出160×120规模的微桥结构阵列。

微桥结构镍膜的弹性模量和残余应力研究

采用MEMS(MicroelectromechanicalSystems)技术研制了宽度在微米尺度的镍(Ni)膜微桥结构试样。采用纳米压痕仪(Nanoindenter)XP系统的楔形压头测量了微桥载荷与位移的关系,并结合微桥力学理论模型得到了Ni膜的弹性模量及残余应力,分别为190GPa和87MPa。与采用纳米压痕仪直接测得的带有硅(Si)基底的Ni膜弹性模量(186.8±7.5)GPa相符合。

测辐射热计微桥结构的形变分析

采用微加工技术制作测辐射热计阵列时,部分微桥可能发生结构变形,使阵列的性能下降甚至无法正常工作。采用有限元分析方法,对在热膨胀和薄膜应力影响下的I型和L型两种微桥的变形进行了仿真分析,揭示了热膨胀和薄膜应力分别对微桥形变的影响。

微桥结构PZT厚膜红外探测器研究

利用KOH溶液腐蚀结合SF6气体干法刻蚀工艺制备了锆钛酸铅(PbZr0.3Ti0.7O3,PZT)厚膜热释电红外探测器,得到了器件Si基背面完全悬空的微桥绝热结构。使用由斩波器调制的黑体辐射,测试了探测器在低频段的电压响应率、噪声等效功率和探测率等参数。结果表明,探测器在调制频率为5.3 Hz时的电压响应率约为4.5×102V/W;在调制频率为167.3 Hz时,其探测率达7.5×108 cm.Hz1/2/W;PZT厚膜探测器的热时间常数为51 ms,与PZT陶瓷器件相比小约一个数量级,有利于其在高频响应方面的应用。

测辐射热计的氧化钒薄膜成技术研究和微桥结构研制

介绍了研制中的测辐射热计的工作原理，器件结构的几何形状和研制状况，叙述了测辐射热计材料的特征及制备技术。

一种用于RF MEMS移相器及开关可变电容的复合微桥膜结构

提出了一种基于微机械工艺的新型复合微桥膜结构 ,由低应力SiN/SiO2 (0 .5 μm/5 0nm )及Cr/Au(30nm/1μm)构成。相应的工艺流程较为简单。对影响其特性的因素进行了理论分析 ,并提出了 3种桥膜的平面结构 ;利用静电 /力耦合有限元法分析了各种结构的静电驱动特性以及各阶模态 ,结果得到了令人满意的驱动和机械性能 ;通过有限元高频仿真软件对桥膜结构与共面波导形成的可调电容结构进行了分析 ,结果表明其具有良好的射频 /微波性能。该桥膜结构适用于RFMEMS开关。

非制冷红外焦平面高灵敏像元微桥设计

介绍了硅微桥结构的传热物理模型及其理论计算方法。提出一种厚膜像元尺寸为360μm×360μm,具有"桌形"绝热框架支撑的微桥结构像元,用有限元分析证明其有较小的热导G,能获得很高的响应率。微桥结构在非制冷红外焦平面(UFPA)单元探测器中起着力学支撑、热隔离和电连接的作用,其品质优劣直接影响着UFPA器件的成像性能。

测辐射热计的微桥研制和VO_x膜成膜研究

介绍了测辐射热汁的工作原理、器件结构的几何形状和研制状况,叙述了测辐射热计材料的特性及制备技术。

微桥等离子体显示板

推荐一种带有微桥结构的新型等离子体显示板，并对其特性进行了测量。这种新型微桥等离子体显示器的工作气压高达５×１０＾４－９×１０＾４Ｐａ而其阴极和阳极间隙很小，只有２０－３０μｍ。这种结构的阴极上开有槽孔，以减少电流，最终目的是取消ＤＣ ＰＤＰ中的单元内电阻结构。

带真空封装结构的红外探测器

本发明提供一种红外探测器，它包括一个列阵，列阵中的每个像元都有一个微桥结构。在上述微桥结构中有一片与衬底隔开的膜片，它是由一种横梁结构支撑的．每个像元还有一个真空封装结构，该真空封装结构内有一层窗口薄膜，这是用来封闭由于去除膜片中的第一和第二层牺牲薄膜而形成的第一和第二个真空容积的。

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 000A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,对该器件进行释放工艺处理形成悬空的MEMS微桥结构,经扫描电镜(SEM)和光学显微镜测试评估,其微桥表面呈现良好的平坦度和均匀性,能够很好地满足微测辐射热计及相应的非制冷红外探测器产品的技术需求。

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。

ANSYS在热释电薄膜红外探测器二维热分析中的应用

根据热释电薄膜红外探测器的结构和实际的测试条件 ,利用有限元软件ANSYS建立了不同结构组成的热释电薄膜红外探测器的二维模型 ,并对其进行了热分析 ,得到了探测器内的温度场分布。分析了复合热释电薄膜红外探测器的绝热层对温度场的影响 ,并将复合热释电薄膜红外探测器与微桥结构探测器的性能进行了比较。

氮化硅支撑层薄膜的PECVD法制备及性能研究

采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD),在二氧化硅衬底(SiO2/Si(100))上成功制备了用于非致冷红外焦平面阵列微桥结构支撑层的氮化硅薄膜。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)及原子力显微镜(AFM)研究了薄膜的微观结构和表面形貌;分别采用台阶仪、薄膜应力分布测试仪和快速退火炉等手段测试了薄膜的厚度均匀性,应力大小和耐温性能等参数。结果表明,制备氮化硅薄膜为非晶态,含有少量的氢,主要表现为Si-N键合;薄膜表面平整、致密,厚度不均匀性小于5%,具有107Pa的较低压应力,耐温性能较好。

非制冷焦平面探测器牺牲层制备工艺研究

研究了牺牲层制备的工艺过程。通过对牺牲层材料选择、牺牲层图形化及牺牲层固化等工艺技术的研究,获得了图形质量较好的牺牲层样品。建立了优化的牺牲层制备工艺制度,为探测器的后续研究奠定了基础。

铁电薄膜在红外辐射作用下的响应

研究了红外探测器中红外焦平面列阵的象元———铁电薄膜微桥在红外辐射作用下的输出信号。用层合板壳作为微桥结构的力学模型,中间一层为压电材料,上下两层为金属材料电极。采用了力-热-电耦合的控制方程和变分原理,推导出了基于Mindlin假设的压电材料层合板有限元公式。以红外探测器在夜间从飞机上探测地面的坦克为例,用有限单元法模拟了铁电薄膜微桥在红外辐射作用下的力、热、电输出信号,并对结果作了分析比较。

铁电薄膜在红外辐射作用下的动力响应

本文研究了红外探测器中红外焦平面列阵的象元———铁电薄膜微桥在红外辐射作用下的输出信号。用层合板壳作为微桥结构的力学模型,中间一层为压电材料,上下两层为金属材料电极。采用了力-电-热耦合的控制方程和变分原理,考虑了铁电薄膜的惯性力,推导出了基于Mindlin假设的压电材料层合板有限元公式。以红外探测器在夜间从飞机上探测地面的坦克为例,用有限单元法模拟了铁电薄膜微桥在红外辐射作用下的力、热、电输出信号,并对结果作了分析比较。

BST铁电薄膜在红外辐射作用下响应的解析解

研究了红外探测器中红外焦平面列阵的象元—BST铁电薄膜微桥在红外辐射作用下输出信号的分析方法.将BST铁电薄膜微桥结构简化为一块微米尺度的夹层板,中间是BST铁电薄膜,在极化模式下工作.微桥的上表面接收辐射脉冲信号.由于微桥十分微小,可以认为红外辐射在板面上均匀分布,又由于板的平面尺寸比厚度大得多,可以认为热传导只在板厚的方向进行.采用适当的力-电-热耦合的控制方程和非线性的本构方程,得到了铁电薄膜微桥在红外辐射作用下的的力、热、电输出信号的解析解,并将计算结果与实验结果作了比较.

铁电薄膜在红外辐射作用下响应的解析解

本文研究了红外探测器中红外焦平面列阵的象元———铁电薄膜微桥在红外辐射作用下的输出信号。采用层合板作为力学模型,将铁电薄膜微桥结构简化为一块边长为微米量级、厚度为亚微米量级的夹层板,中间是铁电薄膜,上下表面为金属薄膜,上表面为金黑,下表面为铂(白金),上下表面都是电极。微桥的上表面接收周期为1/30秒的辐射方波脉冲信号。由于微桥十分微小,可以认为红外辐射在板面上均匀分布,又由于板的平面尺寸与厚度之比相当大,因此可以认为热传导只在板厚的方向进行,问题变为一维的。采用适当的力-电-热耦合的控制方程,利用级数解,算出铁电薄膜微桥在红外辐射作用下的力学响应和薄膜内的力、热、电输出信号,并对结果作了分析比较。