基于MEMS技術(shù)的非制冷紅外成像系統(tǒng)的研究.pdf

1、隨著時代的發(fā)展，在社會生活的各個領(lǐng)域中，紅外成像技術(shù)都有了廣泛的應(yīng)用，不僅僅包括了傳統(tǒng)的軍事、醫(yī)療等區(qū)域，在新興的定位系統(tǒng)、新能源、車載系統(tǒng)等領(lǐng)域，紅外成像技術(shù)的應(yīng)用也在與日俱增。特別是非制冷紅外成像系統(tǒng)，人們將更多的目光和關(guān)注投入到它的高可靠性、低成本以及高性能上。本論文的研究重點在于非制冷紅外成像技術(shù)上，其核心原理在于采用微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)傳感器和光信號系統(tǒng)讀出。并

2、基于上述原理研發(fā)了，光-機(jī)械懸臂梁MEMS鏤空氮化硅薄膜紅外探測器，并通過MEMS技術(shù)手段，搭建了非制冷紅外成像系統(tǒng)，取得了一系列技術(shù)領(lǐng)先的成像技術(shù)結(jié)果。主要成果如下列舉:
　　1、本論文的重中之重是紅外芯片的器件制作，且在設(shè)計時采用了SiNx/A1雙材料組合加工工藝，該種材料組合也是本論文的創(chuàng)新點和亮點。
　　2、本文使用新的算法，設(shè)計了最新型自支撐無硅襯底和熱隔離變形疊加的紅外焦平面陣列(FPA)，與此同時，對其進(jìn)行了性

3、能優(yōu)化和熱動力學(xué)建模。獲取了新型FPA整體的、成套的優(yōu)化方法和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。通過與使用通常犧牲層機(jī)結(jié)構(gòu)的MEMS紅外傳感器結(jié)構(gòu)比較，該結(jié)構(gòu)使探測器的輻射利用率有效的提高了一個層次，并且在制作工藝流程上進(jìn)行了有效的優(yōu)化和簡化?；谏鲜隼碚摚紤]到制作工藝的寬容度，對設(shè)計單元的像素尺寸為50um*50um、陣列個數(shù)為240*240。
　　3、重新設(shè)計和開發(fā)了一系列用于單層氮化硅(8iNx)鏤空薄膜懸臂梁FPA的標(biāo)準(zhǔn)制作流程和制作工藝。特別

4、是控制盲元率、整體硅腐蝕工藝、低應(yīng)力氮化硅膜(SiNx)的應(yīng)力控制等關(guān)鍵技術(shù)重新開發(fā)并進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究，制作了變形疊加熱隔離FPA結(jié)構(gòu)和基于自支撐無襯底結(jié)構(gòu)的制作。本文的主要創(chuàng)新之處便在于此，使用新型工藝標(biāo)準(zhǔn)，使FPA陣列器件的盲元率控制在10％以下。
　　4、使用了新的兩種結(jié)構(gòu)的FPA，和改進(jìn)后的FPA光學(xué)讀出方法，組件了使用MEMS技術(shù)的非制冷紅外成像系統(tǒng)裝置，采集了一系列室外物體、人體、集成電路板等一系列靜態(tài)和動態(tài)熱成像