一种交叉式圆形MEMS热电堆红外探测器

微电子机械系统(MEMS)热电堆红外探测器是非接触测温仪、光谱仪、气体传感器等现代信息探测系统的核心工作器件。研制了一种交叉式排布的圆形热电堆结构,其热偶条形状由传统矩形调整为直角梯形以降低探测器电阻,热端通过交叉式排布延伸至中心温度集中区,同时增大冷端欧姆接触面积并覆盖反射层以降低冷端温度,有效地增大了冷热端温度梯度。测试结果显示,优化后的交叉式圆形MEMS热电堆探测器距黑体辐射面3 cm处响应电压为22.673 mV,响应率为47.5 V/W,探测率为1.01×10^(8)cm·Hz^(1/2)·W^(-1),相对于传统圆形热电堆探测器的18.649 mV、39.1 V/W和0.852 cm·Hz^(1/2)·W^(-1)分别提升了21.57%、21.48%和18.5%。给出了热电堆探测器结构设计、仿真结果、制作工艺以及测试结果,为热电堆红外探测器的优化设计提供了参考。

基于黑硅为吸收层的热电堆红外探测器

基于黑硅对部分波长红外光的高吸收效率,结合红外探测器对吸收层材料的要求,针对以黑硅为红外吸收层的设计与测试进行了研究;设计采用工艺中刻蚀出现的"黑色"物质为吸收层材料,研究对不同波长红外光的吸收效率。根据红外基本理论,结合MEMS工艺可行性和兼容性设计一种微机械热电堆红外探测器,热偶对的排布位置进行上下设计;突破原有的硅衬底的释放困难和SOI衬底的成本过高的问题,提出一种氧化层上的多晶硅作衬底,最后器件以正面干法释放器件的方法,在提高探测器性能的同时节约成本。

一种黑硅吸收层的热电堆红外探测器设计(英文)

设计一种以黑硅这种对几乎所以可见光和部分红外光具有很高吸收率的新型材料作为表面吸收层的热电堆红外探测器,针对这一设计作出了大量关于黑硅对不同波长下的红外吸收率的研究。通过红外基本理论,结合MEMS工艺的兼容性,设计采用两种热电偶材料叠放的方式,并以氧化硅薄膜作为隔离的结构;另外,探测器采用氧化硅上制作的多晶硅作为新型衬底。在器件释放中被XeF2正面腐蚀的部分是多晶硅,这样的设计解决了硅释放的对准问题和SOI衬底陈本高的问题。这种材料可以提高探测器的性能同时减小成本。

硅热电堆探测器件及制作

针对实现红外技术在夜间和一些死角方面应用的视觉辅助系统,把微机械加工技术和制作微细红外吸收膜的工艺应用到CMOS技术中,使热电堆实现了高性能化。利用运用PSG替代层的分离法制作用低压真空蒸镀法成膜的金黑膜,使吸收膜实现了微细化。制作出三种160μm见方的原型传感器,它们在大气中的灵敏度分别达到300 V/W、140 V/W、60V/W,响应时间常数达 2 ms、0.46ms、0.27 ms。还利用原型传感器制成了 64 ×32像元焦平面列阵传感器(FPA)。

一种与CMOS工艺兼容的热电堆红外探测器

报道了一种与CMOS工艺兼容的微机械热电堆红外探测器。提出了具有一对热电偶的两层悬浮结构,其占空因子达到80%以上,并采用P/N多晶硅作为热电偶材料,黑硅作为吸收层材料。给出了器件的工作原理,对性能优化与制作的工艺流程进行了分析,结合所选材料的基本参数,得到了优化后的结构尺寸。通过理论计算,可以获得响应率大于1000 V/W,探测率大于1×108cmHz1/2W-1,时间常数小于40ms,噪声等效温差小于30mK的性能优良的热电堆红外探测器。该器件的吸收层位于结构中的顶层,金属布线位于底层,便于与后续电路集成。单元大小为25 m×25 m,有利于制作非制冷红外焦平面阵列。

MEMS热电堆高温测试系统中单晶材料的红外衰减特性研究

在对PerkinElmer公司的MEMS热电堆红外探测器静态和动态特性实验研究的基础上,本文提出了由MEMS热电堆、红外衰减片、靶体和存储模块组成瞬态表面高温测试装置的方案,对拓宽测温上限的关键元件——红外陶瓷衰减片进行了较深入的研究,用MEMS热电堆测量方法测量了氧化锆陶瓷片红外吸收系数,得出了不同厚度氧化锆(熔点为2715℃)陶瓷片红外衰减倍数曲线,为基于MEMS热电堆的表面高温测试装置的设计提供了依据。

基于高性能黑硅MEMS热电堆的激光功率测试方法

针对传统激光功率计体积庞大、响应速度慢且检测精度难以保证的缺陷,提出了一种基于高性能黑硅MEMS热电堆的激光功率测试方法。该测试方法利用激光的热效应,以CO2激光器为被测激光光源,黑硅MEMS热电堆探测器为激光探测传感器。根据能量转换原理,热电堆吸收激光辐射的能量转换为自身热力学能,热力学能以电压的形式输入CMOS接口电路。通过TopView2000通用虚拟仪器应用软件采集和处理数据,获得激光功率相关数据。在室温条件下,对MEMS热电堆激光功率检测系统在不同占空比和不同出光时间的CO2激光照射下,进行重复实验。结果表明,在激光输出占空比为30%、总出光时间为150 ms条件下,系统热响应时间为14.92ms,计算出激光功率值为23.01 W,测量相对偏差为0.55%,满足了实际应用中对激光功率高精度、低成本、低功耗、强便携性等的需求。