收藏本站
《中北大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

热电堆红外探测器的设计与性能测试

王楷群  
【摘要】: 在红外系统中,红外探测器是最关键的元件之一,是红外装置的心脏,利用红外探测原理将红外辐射信号转换为电信号输出。热电堆红外探测器是非制冷型探测器,具有以下特点:1)可以在室温下工作,而且制造成本低;2)对各个波长的红外辐射均有响应;3)接收到红外辐射后,是通过声子对晶格温度的影响,进而影响该探测器的电学性能;4)检测恒定的辐射量,在恒定的红外辐射量下就会有响应输出。热电堆红外探测器在军事和民用上应用也极其广泛。本论文以热电堆红外探测器为研究对象,从理论与工艺两方面进行了探索,在此基础上,对该探测器进行了性能测试。 理论上,针对本文设计的热电堆红外探测器结构,建立了探测器一维热稳态热传导模型,从五个方面(吸收区尺寸、热偶条尺寸、介质支撑膜尺寸、背腔腐蚀窗口尺寸、测试条件)表述了对热电堆红外探测器性能的影响。此外,对探测器进行了热稳态有限元仿真和瞬态有限元仿真,得到了探测器的温度分布云图、热量梯度分布云图、热通量分布云图、温度分布路径分析图和响应时间仿真图,对于探测器接受红外辐射之后的热响应有了直观的表象。 热电堆红外探测器的整个制备过程是在中国科学院微电子研究所加工完成的,为了能够顺利地完成整个流片过程,我们首先进行了一系列的关键工艺的单项实验:热电堆红外探测器介质支撑膜的制备单项实验;热电堆红外探测器多晶硅热偶条方阻测试单项实验;热电堆红外探测器多晶硅、氮化硅刻蚀条件单项实验;热电堆红外探测器钝化层制备的单项实验;热电堆红外探测器反射层制备的单项实验;热电堆红外探测器背腔腐蚀硅方案验证实验。在此基础上,设计了完整的工艺流片过程,成功地制备出基于单层低应力氮化硅薄膜的热电堆红外探测器。 在实验设计方面,本文对热电堆红外探测器进行了以下几方面的测试:热电堆红外探测器吸收区红外透射谱测试;热电堆红外探测器不同结构尺寸性能测试对比实验;热电堆红外探测器频率响应特性实验;热电堆红外探测器黑体炉温度响应测试实验;热电堆红外探测器吸收层红外吸收特性对比实验;热电堆红外探测器反射层覆盖性能对比实验。以上测试结果表明探测器受结构尺寸变化(吸收区尺寸、热偶条长度、背腔腐蚀窗口尺寸)而表现出不同的响应;在不同调制频率作用下,探测器的响应率和探测率会随着频率的增大而减小,这与探测器本身的热容变化密不可分;在不同黑体炉温度下(范围在403K-823K),本文所设计的探测器会由于不同的等效红外吸收率而在温度较低区域显示更好的性能;在性能改进实验中,添加碳黑和金属反射层对探测器的性能有显著提高。 本文研究创新点主要体现在: a)突破了传统的SiO2-Si3N4三明治式介质支撑膜的制备方法,采用单层低应力氮化硅薄膜作用为探测器的介质支撑膜,实现了厚度可调的探测器介质支撑膜的简单工艺制备方法。 b)结合APIE封蜡和CRY封蜡保护探测器正面图形的方法,方法简单易于实现,大大提高了探测器的成品率。 c)本文研究了热电堆红外探测器吸收区红外透射光谱,得到了不同厚度的红外吸收薄膜的红外透射谱和添加碳黑前后的吸收区薄膜的红外透射谱,采用分段拟合的方法更为准确地定量描述了探测器实际吸收的红外光谱。 d)在探测器的吸收区添加碳黑,在热偶条冷端覆盖钛金反射层,通过实验证明了二者有助于探测器性能的提高。
【学位授予单位】:中北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TN215

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 夏燕;薛晨阳;欧文;袁锋;赵利俊;;基于黑硅为吸收层的热电堆红外探测器[J];仪表技术与传感器;2012年03期
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 夏燕;MEMS热电堆红外探测器的结构设计及制造研究[D];中北大学;2012年
2 宋冬雪;针对热敏MEMS界面电路的高性能放大器IP库的研究[D];中北大学;2013年
3 雷程;基于钽酸锂晶体的红外探测器工艺技术研究[D];中北大学;2013年
4 高璇;CMOS兼容的微机械热电堆红外探测器的设计[D];中北大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 陈大鹏,叶甜春,谢常青,李兵,赵玲莉,韩敬东,胥兴才;LPCVD制备纳米硅镶嵌结构氮化硅膜及其内应力[J];半导体学报;2001年12期
2 刘义冬;李铁;王翊;王跃林;;CMOS兼容的微机械P/N多晶硅热电堆红外探测器[J];功能材料与器件学报;2007年03期
3 秦希峰;季燕菊;王凤翔;付刚;赵优美;;铒离子注入晶体硅的射程分布和离散研究[J];山东建筑大学学报;2009年03期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 杨广立;微机械反射式光读出非制冷红外成像阵列器件研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 刘月英;硅铝结构热堆红外探测器[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2003年
2 刘义冬;CMOS兼容的微机械P/N多晶硅热电堆红外探测器[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2006年
3 贾晓昀;磁控溅射制备氮化硅薄膜特性研究[D];北京交通大学;2007年
4 杨恒昭;CMOS兼容的干法刻蚀释放热电堆红外探测器[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2008年
5 胡杰;介观压阻型加速度计的设计与性能测试[D];中北大学;2008年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王敏良;孔德海;;集成电路电磁骚扰测试方法[J];安全与电磁兼容;2007年01期
2 平学成;杨延功;;有限元分析复合层板在力载荷下的自由边应力[J];安阳工学院学报;2009年06期
3 寇海磊;张明义;白晓宇;赵英群;;新型压扩多支盘灌注桩的数值模拟分析[J];地下空间与工程学报;2012年03期
4 程东明;杜艳丽;马凤英;段智勇;郭茂田;赵传奇;罗荣辉;弓巧侠;杨静;;光纤耦合模块中光纤焊接技术的研究[J];半导体光电;2007年04期
5 向鹏飞;袁安波;杨修伟;高建威;;CCD多晶硅刻蚀技术研究[J];半导体光电;2010年06期
6 敬小成,姚若河,吴纬国;二氧化硅干法蚀刻参数的优化研究[J];半导体技术;2005年06期
7 彭志辉,黄其煜;半导体代工厂的特气供应系统探讨[J];半导体技术;2005年08期
8 薛向东;吴黎明;邓耀华;伍冯洁;何仲凯;;IC晶片关键尺寸标定的新方法研究[J];半导体技术;2005年12期
9 张正荣;詹扬;汪辉;;一种多晶硅掩膜层湿法去除的改进研究[J];半导体技术;2007年12期
10 孙俊峰;石霞;;PECVD SiO_2薄膜内应力研究[J];半导体技术;2008年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李浩;陈光明;;动柱式数控龙门双主轴钻床横梁结构的动态特性分析[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年
2 徐德辉;熊斌;王跃林;;CMOS兼容自对准微机械热电堆红外探测器[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
3 刘海宏;龙连春;;风电叶片的模态分析[A];北京力学会第17届学术年会论文集[C];2011年
4 江轩;;半导体行业用靶材及蒸发源材料[A];集成电路配套材料研讨会及参展资料汇编[C];2004年
5 李浩;陈光明;;动柱式数控龙门双主轴钻床横梁结构的动态特性分析[A];全国先进制造技术高层论坛暨第十届制造业自动化与信息化技术研讨会论文集[C];2011年
6 申小雷;张立军;徐金虎;张燕;;渐开线直齿圆柱齿轮的参数化建模与有限元分析[A];2009海峡两岸机械科技论坛论文集[C];2009年
7 黄昊明;;大型群桩-软土共同作用受力性状参数分析研究[A];第七届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2007年
8 黄昊明;;大型群桩-软土共同作用性状研究[A];第七届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2007年
9 申小雷;张立军;徐金虎;张燕;;渐开线直齿圆柱齿轮的参数化建模与有限元分析[A];十三省区市机械工程学会第五届科技论坛论文集[C];2009年
10 冯东锋;于相龙;;转炉三点球面支撑有限元静力学分析[A];2005中国钢铁年会论文集(第4卷)[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈文昱;浸没式光刻中浸液控制单元的液体供给及密封研究[D];浙江大学;2010年
2 孙禹辉;硅片化学机械抛光中材料去除非均匀性研究[D];大连理工大学;2011年
3 闻心怡;铁电存储器关键工艺与器件建模研究[D];华中科技大学;2011年
4 蒋冰莉;MOEMS声传感技术及低频声传播特性研究[D];华中科技大学;2011年
5 晁侃;微流控系统调控电渗流和热效应数值研究[D];华中科技大学;2011年
6 刘秉策;ZnO/Si异质结构晶界行为及其载流子输运机制研究[D];中国科学技术大学;2011年
7 倪松远;基于模态分析的木塑复合板材振动特性研究与缺陷识别[D];东北林业大学;2011年
8 吴志亮;特种小型机电引信设计及关键技术研究[D];南京理工大学;2010年
9 沈扬;新型X射线探测设备的探索性研究[D];复旦大学;2011年
10 何子安;玻璃基质光波导及其掺铒波导光放大器的离子交换法制备[D];复旦大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周磊;振动筛分机械的动态特性分析与结构优化设计研究[D];河南理工大学;2010年
2 李庆亮;轴流式转子轮毂关键部位的有限元分析[D];山东科技大学;2010年
3 任泉;基于光纤传感的细纱小张力检测技术研究[D];浙江理工大学;2010年
4 张秀芳;硅、锗切割片的损伤层研究[D];浙江理工大学;2010年
5 纪文文;超重力燃烧合成YAG陶瓷热力学计算及过程仿真[D];山东农业大学;2010年
6 安成明;微细超声加工装置及基础工艺的研究[D];大连理工大学;2010年
7 赵海轩;超精密磨削硅片变形规律的研究[D];大连理工大学;2010年
8 崔金龙;BHS40110型博后筛动力学性能及振动模态研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
9 刘丽娟;基于MEMS的地震检波器研究与设计[D];中国海洋大学;2010年
10 麻蕾;石英音叉谐振器热敏机理的研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郑晓虎;;SU-8胶微结构的显影技术研究[J];微纳电子技术;2008年03期
2 宋旸;董贤子;赵震声;段宣明;;SU-8胶双光子微加工分辨率与工艺条件研究[J];微纳电子技术;2011年01期
3 尹韬;杨海钢;刘珂;;一种适用于微传感器读出电路的低噪声、低失调斩波放大器[J];半导体学报;2007年05期
4 殷刚毅;;MEMS器件IP库及系统应用[J];传感技术学报;2005年04期
5 姚镭;郝跃国;李铁;熊斌;王跃林;;用于MEMS红外传感器的集成低噪声CMOS接口电路设计[J];传感技术学报;2007年10期
6 谭宜勇;卢桂章;赵新;王磊;;基于IP数据库的MEMS设计系统[J];传感技术学报;2008年02期
7 江建明,娄利飞,汪家友,杨银堂;单片集成MEMS技术[J];传感器技术;2005年03期
8 张萍;周汉昌;郝晓剑;;微机械热电堆红外探测器的设计[J];传感器与微系统;2008年05期
9 孔祥鹏;赵煜;张林香;王俊文;;氮化钛纳米粉体材料的研究进展[J];材料导报;2010年S1期
10 殷明志,姚熹,吴小清;纳米多孔二氧化硅薄膜的制备及性能[J];材料研究学报;2003年02期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 徐峥谊;微机械热电堆红外探测器[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2002年
2 孔祥东;电子束液态曝光技术的研究[D];山东大学;2005年
3 杨广立;微机械反射式光读出非制冷红外成像阵列器件研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 夏燕;MEMS热电堆红外探测器的结构设计及制造研究[D];中北大学;2012年
2 郭廷荣;光谱吸收式光纤甲烷气体传感器的研究[D];燕山大学;2001年
3 韩雷刚;多工位平面磁控溅射镀膜装置及膜厚分布均匀性研究[D];电子科技大学;2004年
4 曾宏博;一种热释电红外探测器专用控制芯片的设计[D];湖南大学;2006年
5 刘义冬;CMOS兼容的微机械P/N多晶硅热电堆红外探测器[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2006年
6 徐超;MEMS固体微推进器的设计与制备[D];国防科学技术大学;2006年
7 姚镭;单片集成MEMS红外传感器中的低噪声CMOS接口电路研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2007年
8 李玉东;半导体多级制冷性能组合优化设计[D];同济大学;2007年
9 凌灵;基于非硅MEMS的新型微机械加速度计若干技术的研究[D];上海交通大学;2008年
10 廖成芳;CMOS低噪声宽带宽全差分运算放大器设计[D];湖南大学;2008年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 陈长水;刘荣挺;刘颂豪;;红外探测器的最新进展[J];大气与环境光学学报;2013年01期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 高璇;CMOS兼容的微机械热电堆红外探测器的设计[D];中北大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨广立;冯飞;熊斌;王跃林;;一种非致冷光读出红外成像阵列器件的设计[J];半导体光电;2007年03期
2 郭维廉,梁惠来,张世林,牛萍娟,毛陆虹,赵振波,郝景臣,魏碧华,张豫黔,宋婉华,杨中月;共振隧穿二极管[J];微纳电子技术;2002年05期
3 温廷敦,张文栋;介观压阻效应[J];微纳电子技术;2003年Z1期
4 赵永军,王民娟,杨拥军,梁春广;PECVD SiN_x薄膜应力的研究[J];半导体学报;1999年03期
5 翟光杰,杨建树,陈显邦,王学森;生长于Si(111)上的氮化硅薄膜表面结构[J];半导体学报;2000年04期
6 李志怀,冯明,刘月英,沈德新,卢建国,朱自强;硅基红外热堆中热电偶尺寸和对数对探测性能的影响[J];半导体学报;2001年10期
7 毛爱华;太阳能电池研究和发展现状[J];包头钢铁学院学报;2002年01期
8 沈桂芬,张宏庆,韩宇,范军,付世,丁德宏,姚朋军;微机电系统的研究与分析[J];传感技术学报;2004年01期
9 肖志松,徐飞,张通和,程国安,杨锡震,顾岚岚,王迅;提高掺Er硅发光效率的途径与前景[J];材料导报;2000年10期
10 童志义;MEMS加工技术及其工艺设备[J];电子工业专用设备;2004年01期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 徐峥谊;微机械热电堆红外探测器[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 郝颖;微机械加速度计的测试与应用研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨恒昭;熊斌;李铁;王跃林;;CMOS工艺兼容的热电堆红外探测器[J];半导体技术;2008年09期
2 樊洁;宋小会;张殿琳;;红外探测器TPS434低温、磁场性能研究[J];光谱学与光谱分析;2010年05期
3 高;;采用热电堆红外探测器的监视系统[J];红外;2008年06期
4 阳启明,张剑铭,杨道虹,徐晨,沈光地;MEMS技术在非制冷红外探测器中的应用[J];半导体技术;2004年10期
5 ;电子部激光红外专业情报网成员单位简介(续3)[J];激光与红外;1987年11期
6 ;国外簡訊[J];激光与红外;1971年05期
7 ;关于红外探测器噪声的一些实际情况[J];激光与红外;1971年07期
8 昭华;;PbTe高频溅射红外探测器[J];激光与红外;1975年01期
9 单英杰;运放器在红外探测器中的应用[J];电子技术应用;1983年05期
10 祥雨;;国外动态[J];红外技术;1983年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李艳龙;李铁;;CMOS兼容的微机械热电堆红外探测器[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
2 葛炜;颜景龙;;基于嵌入式计算机的红外信号模拟技术[A];2009年先进光学技术及其应用研讨会论文集(上册)[C];2009年
3 李兰;刘铮;邹德恕;沈光地;;新型室温工作微机械红外探测器[A];首届信息获取与处理学术会议论文集[C];2003年
4 陆胜天;李萍;刘诗嘉;朱龙源;龚海梅;;碲镉汞红外探测器的分步式阳极氧化新方法研究[A];2004全国图像传感器技术学术交流会议论文集[C];2004年
5 金亿鑫;蒋红;宋航;缪国庆;周天明;;GaInAsSb非制冷红外探测器材料的研究与开发[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(上册)[C];2001年
6 吴峻苗;邹德恕;徐晨;沈光地;;基于MEMS技术的气动式红外探测器的计算机模拟[A];第二届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2004年
7 张柏林;陶波;;红外探测器伺服系统的设计[A];2008年电子机械与微波结构工艺学术会议论文集[C];2008年
8 黄杨程;梁晋穗;张永刚;刘大福;庄春泉;李萍;龚海梅;;InGaAs红外探测器低频噪声研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
9 徐德辉;熊斌;王跃林;;CMOS兼容自对准微机械热电堆红外探测器[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
10 黄宗坦;李家鹏;赵玉琼;黄伟;陈军;陈晓屏;;半导体制冷器在红外探测器中的应用及发展趋势[A];第九届全国低温工程大会论文集[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王小龙;新型量子点红外探测器灵敏度提高两倍[N];科技日报;2010年
2 记者 胡光耀;加用红外探测器识别抗药病菌[N];新华每日电讯;2001年
3 本报记者 奚冬琪;“生活在牛街真是太‘牛’了!”[N];人民政协报;2010年
4 吕静;在火焰中诞生[N];大众科技报;2001年
5 ;机器人配机枪驻守韩国边境[N];新华每日电讯;2010年
6 林枫;福州:科技“保安”保平安[N];人民公安报;2009年
7 郜卫华 郭树东;农行新乡分行上线网络视频监控报警系统[N];中国城乡金融报;2009年
8 孙福龙 特约记者 钟文龙 记者 陈学武;北京总队第三医院无一人感染非典[N];人民武警;2003年
9 栾玲 赵培;红源光电:红外技术产品的引领者[N];中国高新技术产业导报;2009年
10 邹本;家居智能“安防”何时不再是奢望[N];中国消费者报;2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 徐峥谊;微机械热电堆红外探测器[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2002年
2 王俊;碲镉汞红外探测器光电响应特性的机理研究[D];中国科学技术大学;2012年
3 吴传贵;BST热释电薄膜材料及在红外探测器中的应用基础研究[D];电子科技大学;2009年
4 刘子骥;非制冷红外焦平面探测器测试及验证成像技术研究[D];电子科技大学;2013年
5 张榕;氢化纳米硅薄膜光电导性质研究[D];上海交通大学;2008年
6 缪国庆;非致冷红外探测材料InGaAs的生长和性质研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2003年
7 王彬;高灵敏氧化钒非致冷红外探测器研究[D];华中科技大学;2012年
8 牛小玲;有机红外热探测材料[D];陕西师范大学;2011年
9 张健;宽带量子阱红外探测器(QWIP)的研究[D];山东大学;2006年
10 符小荣;非制冷红外探测器用PbTiO_3系铁电薄膜的Sol-Gel法制备及性能研究[D];中国科学院上海冶金研究所;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王楷群;热电堆红外探测器的设计与性能测试[D];中北大学;2010年
2 夏燕;MEMS热电堆红外探测器的结构设计及制造研究[D];中北大学;2012年
3 高璇;CMOS兼容的微机械热电堆红外探测器的设计[D];中北大学;2013年
4 殷雪松;红外探测器低频噪声测量及应用研究[D];西安电子科技大学;2011年
5 林继刚;红外探测器技术指标的建模与仿真[D];长春理工大学;2011年
6 邢锐;14~16.25μm红外探测器时间常数测量方法的研究[D];长春理工大学;2011年
7 杨佳星;LiFePO_4陶瓷及薄膜的制备和光学性能研究[D];西安工业大学;2013年
8 雷程;基于钽酸锂晶体的红外探测器工艺技术研究[D];中北大学;2013年
9 杨绪军;晶体集成式红外探测器的设计及制备工艺研究[D];中北大学;2012年
10 刘倩;非致冷红外探测器后端工艺技术研究[D];华中科技大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026