微悬臂梁非致冷红外焦平面的研究

来源 :中国科学院上海技术物理研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jingcheng0417
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非致冷红外焦平面已有二十余年的研究历史,随着微机械加工技术的长足发展,国外的研究与发展已相当成熟,其规模和性能在不断提高,应用日益广泛。而国内在该领域的研究起步较晚,在某些关键工艺和技术上尚未取得突破,目前关于非致冷红外焦平面产品的报道也比较少。本文主要研究并设计了基于标准CMOS工艺加工基础的微悬臂梁非致冷红外焦平面。   将SiNx和Al薄膜淀积在一起形成双材料复合微悬臂梁薄膜,利用SiNx吸收红外辐射。当SiNx薄膜吸收红外辐射,微悬臂梁温度升高,由于SiNx和Al的热膨胀系数相差很大,微悬臂梁将发生弯曲。在硅衬底上淀积一层铝,和微悬臂梁形成一个可变电容,微悬臂梁的弯曲将导致可变电容大小的改变。通过和微悬臂梁单片集成的读出电路来检测可变电容大小,最终可以得出红外辐射情况。   在课题期间主要的工作有以下几点:   第一:完成对微悬臂梁的设计。主要包括微悬臂梁在吸收红外辐射、热设计和机械性能方面的设计和仿真模拟,在理论上得出探测器的电容响应率、热时间常数等参数。   第二:在硅工艺线上完成对微悬臂梁探测器的制造。制作过程主要包括氧化、光刻、蒸发、刻蚀、溅射和PECVD等。解决在高深宽比的光刻问题和氮化硅和铝复合薄膜应力匹配问题。   第三:完成微悬臂梁非致冷红外焦平面的设计和加工。针对微悬臂梁探测器的特点设计出CMOS读出电路,将探测器的电容变化信号转化为电压变化信号,并进行信号处理。修改单元微悬臂梁设计,使其可以和CMOS读出电路相兼容。主要设计并研制出25×14和8×1两种微悬臂梁非致冷红外焦平面。   第四:完成单元微悬臂梁、读出电路和微悬臂梁焦平面的性能测试。微悬臂梁的探测器率为1.2×108cmHz1/2W-1,响应时间17ms,基本达到设计目标。
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