红外光谱仪是利用物质对不同波长的红外辐射的吸收特性,进行分子结构和化学组成分析的仪器,根据分光装置的不同,分为色散型和干涉型。目前,实验室普遍使用的都是体积较大和价格高昂的台式干涉型傅里叶红外（Fourier Transform Infrared,FTIR）光谱仪。小型化和低成本是当前红外光谱仪发展的的一个主要趋势。更快速、更可靠、更低廉的便携式红外光谱仪有可能在未来进入家庭市场,满足人民对居住环境气体、食品饮料的成份、生鲜肉类和蔬菜药物残留实时检测的迫切需求。本论文基于微电子机械系统（Micro-Electro-Mechanical System,MEMS）技术研究小型化非色散型红外（Non-Dispersive Infrared,NDIR）光谱仪的制备技术,开发了 MEMS红外光源、MEMS红外热电堆探测器和线性可变光学滤波器（Linear Variable Optical Filter,LVOF）。基于上述MEMS器件装配的小型红外光谱仪实现了对CO/CO2/CH4混合气体检测的验证。论文的主要创新点包括以下几个部分:（1）设计并制备了桥式悬浮结构硅基MEMS红外光源。在设计方面,提出了基于SOI晶圆的桥式悬浮结构硅基MEMS红外光源结构,同时设计浓硼掺杂自加热支撑层实现红外背向辐射吸收。利用COMSOLTM多物理场的有限元仿真和实验对比,确定桥式结构设计为光源性能优化的最佳方案。在制造方面,通过LPCVD、离子注入、湿法腐蚀工艺技术制备低阻多晶硅薄膜。采用DRIE深离子反应刻蚀制备悬浮薄膜。桥式结构和传统的封闭悬膜结构相比在同样的驱动电压下发热温度更高、发热面积更大、能承受更大的应力。经测试,光源表面温度可达600℃（12V工作电压）,调制频率可达24 Hz（70%调制深度）。（2）设计并制备了 MEMS红外热电堆探测器。在设计方面,提出采用SiO2薄膜层作为支撑层和红外吸收层材料,实现热应力互补,降低薄膜热应力。热电偶由两种不同掺杂的n型和p型多晶硅制成的多晶硅热电偶,通过金属铝实现热电偶电连接。多个不同长度的热电偶按照串联方式在矩形薄膜上实现最大程度堆叠以提高温差热电势的输出。在制造方面,通过MEMS工艺中的LPCVD、PECVD等薄膜生长工艺在衬底上生长致密的支撑和热绝缘层薄膜。利离子注入实现多晶硅的掺杂,使用干法刻蚀工艺对背腔结构进行释放,获得最终的红外悬浮薄膜。经测试,热电堆在室温下响应率达到146μV·℃-1。（3）设计并制备了中红外线性可变光学滤波器。基于锥形Fabry-Pérot（F-P）腔结构,设计了可以将中红外连续光谱变换成具有峰值波长离散线性变化的多个窄带通光谱的全介质F-P型滤波器。采用高（Si和Ge）、低（SiO和SiO2）折射率系数介质层交替布置结构设计了锥形腔两侧的布拉格反射器以及与带外抑制功能相结合的抗反射膜。采用多层介质薄膜透射矩阵理论和MATLAB软件仿真了 LVOF的光学透过率。在器件制备中,采用渐变灰度曝光技术、热回流工艺和干法刻蚀技术制备了 SiO2锥形腔,通过热蒸发工艺制备了多层介质薄膜。经测试,LVOF的工作波长在2.3～5)μm,窄带通滤波通道半高宽不超过400nm,透射率不低于70%。相比其他的单一波长分光的滤光片,实现了用一片滤光片进行多束光滤波。（4）将上述研制的MEMS红外光源、线性渐变滤光片和MEMS热电堆探测器集成为一种小型化的MEMS非色散红外光谱仪,对CO/CO2/CH4混合气体进行分组分鉴定与量化。经测试,红外光谱仪的灵敏度分别为-0.090μV/ppm（CH4）、-0.096μV/ppm（CO2）和-0.123 μV/ppm（CO）。在分析了红外光谱仪的小型化、便携性的发展需求的特点后,利用上述器件集成为多通道复合的小型MEMS非色散红外光谱仪,紧凑的结构和成熟的制造工艺,使得所设计的光谱仪具有便携性高、成本适中、检测精度能适配不同应用。在分析了红外光谱仪的小型化、便携性的发展需求的特点后,利用我们制备的MEMS器件集成为多通道的小型MEMS非色散红外光谱仪。紧凑的结构和成熟的制造工艺,使得所设计的光谱仪能满足体积小、成本适中、检测精度能适配不同应用的要求。