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《电子科技大学》 2011年
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基于非晶硅薄膜的红外吸收层膜系设计、仿真与实验研究

傅俊威  
【摘要】:非晶硅(a-Si)薄膜由于具有良好的红外吸收性能、与标准硅集成电路兼容性好、能实现大规模生产等优点,而成为微测辐射热计研究的热点之一。在微测辐射热计的制备中采用非晶硅薄膜作热敏层,可以采用自支撑结构而省去氮化硅(Si_3N_4)等支撑层,简化制备工艺。此外,非晶硅薄膜还具有较小的热导率和优良的热绝缘性能,因而可采用短桥腿和后桥腿设计,提高微桥结构的占空比及机械强度,可承受高强度的振动及冲击。 本文简要介绍了基于非晶硅薄膜的微测辐射热计的微桥结构、工作原理及主要性能,重点采用Matlab软件对微桥热敏面的光学吸收性能进行了设计、仿真和优化。具体方法是从单层膜系仿真向多层膜系仿真发展,从薄膜的吸收层仿真过渡到整体器件的仿真,最终从理论上得到最佳和优化的设计方案。 进行仿真实验时,主要选取了氧化硅(SiO_2)、氮化硅(Si_3N_4)、氧化钛(TiO_2)及氮化钛(TiN)四种红外吸收材料。仿真研究表明,TiN是一种非常适合用于增强微桥热敏面红外吸收的薄膜材料;当微桥结构的各部分取恰当的参数值时,在8~14μm波长范围内,多层薄膜的红外吸收率可以达到90%以上。这一结果对实际微桥制备和应用具有积极的指导意义。 在仿真的基础上,我们分别制备了Si_3N_4、TiO_2及TiN薄膜,用傅里叶变换红外吸收光谱方法研究了不同薄膜的红外吸收率情况,并与仿真结果进行对比研究,发现红外吸收实测结果与仿真结果基本一致,从而在一定程度上验证了仿真结果的正确性。同时,也发现实验研究与仿真研究之间存在着一定的偏差,这可能与沉积的薄膜厚度偏高有关。但是,TiN薄膜在仿真中表现出来的优良红外吸收特性,在实验验证中并没有完全展示出来。
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