非制冷红外微测辐射热计多孔硅绝热层热学与力学研究

【摘要】：非制冷热成像探测器在世界范围内被广泛研究,其在军事和民用方面有很大的潜力和应用价值。目前微测辐射热计是研究和运用最广的一类非制冷红外探测器中。本人实验室基于绝热性、机械稳定性以及硅工艺兼容性的考虑提出了以多孔硅作为绝热层的新型微测辐射热计结构。 本文的研究内容是对多孔硅绝热层的热学和力学性质进行理论建模研究,分析和解释孔洞存在方式、孔洞分布情况以及膜厚对于多孔硅绝热层力学和热学性能的影响。通过将建模结果与之前测得的实验数据进行对比,验证所建立理论模型的有效性。并使用ANSYS有限元仿真的方法进一步验证理论模型的正确性。 本文所采用的建模方法是将多孔硅热导率和杨氏模量的影响机制更表观地归结到孔洞的存在和分布等结构因素上,把整个多孔硅视为由硅连续材料介质和孔洞连续介质通过串联和并联组合成的复合微机构,给予其热导率和杨氏模量一个更为易于理解和简化的等效解释,并且进一步把孔隙率对等效热导率和等效杨氏模量的影响分解为两个不同的部分,即纵向部分和横向部分,半定量的指出不同的孔洞结构和分布下,孔隙率与等效热导率和等效杨氏模量的关系。 通过本文的理论和仿真分析,可以清楚的了解多孔硅绝热层热学和力学性质与多孔硅孔洞结构的关系,有针对性的完善和补充现有的理论。为实验室制备符合要求的多孔硅绝热层提供理论指导。对于完善和研究新的制备方法具有重要的实际意义。