基于非晶硅的雙層微測輻射熱計可靠性研究.pdf

1、非制冷型微測輻射熱計具有功耗低、易攜帶及產量大等優(yōu)勢，在軍事和民用兩方面有著廣泛的發(fā)展前景。然而，傳統(tǒng)微測輻射熱計都是采用單層微橋結構設計，熱敏感層與紅外吸收層都在同一個層面內，不利于器件性能的進一步提升。本文以雙層微橋結構非晶硅微測輻射熱計為研究對象，通過理論分析和仿真驗證，探討了熱學及動力學基本性能，并針對MEMS微機電系統(tǒng)封裝工藝，分析討論了在稀薄氣體環(huán)境下真空下降對器件性能的影響。最后，在大量仿真數據分析對比的基礎上，提出了一種

2、新型耐振動沖擊的雙層微橋結構非晶硅微測輻射熱計設計。
　　微橋結構熱導值 G的大小隨著橋腿長度的減小以及橋腿寬度和厚度的增加而增加；熱時間常數τ與橋腿長度成正比而與橋腿寬度成反比，并且相同結構尺寸的非晶硅微測輻射熱計的熱導值和熱時間常數值，都比氧化釩微測輻射熱計低。橋面結構溫升?T正比于橋腿的長度而反比于其寬度和厚度。在相同的外界輻射條件下，非晶硅微測輻射熱計的溫升?T也比氧化釩器件的要高。
　　諧響應分析結果表明，I型傘狀

3、雙層微橋結構在經受外界振動激勵時，橋面是形變量最大的地方，而集中應力最大的地方出現在熱敏感層橋面與橋腿的連接處。當振動頻率接近其共振頻率時，X、Y、Z三個方向都出現了共振，其中最大位移形變量達到了0.031μm。如此大的位移形變很容易使微橋結構在振動過程中發(fā)生撕裂、坍塌，導致紅外吸收層與熱敏感層或者襯底與熱敏感層發(fā)生永久性粘連而使探測器遭受損壞。
　　當沖擊峰值加速度為1000 g、脈沖寬度為1 ms時，微橋結構出現位移峰值的時刻

4、與脈沖波的峰值點在時間上有大約0.2 ms的時間延遲，最大位移形變值為0.59μm，熱敏感層與襯底之間的微腔厚度為1μm，如此大的振動位移變形，很有可能會導致熱敏感層與襯底發(fā)生永久性沾粘。X方向振動時的最大應力為0.027 MPa，應力集中在橋腿與橋面的連接處；Y方向振動時的最大應力為0.07 MPa，應力集中在橋腿與橋面的連接處；Z方向振動時的最大應力比其它兩個方向大了一個數量級，高達0.11 MPa，且應力集中在橋腿與橋面的連接處，

5、該應力值已經超過結構處于張應力狀態(tài)下的一階屈曲值，此時微橋將會處于非常不穩(wěn)定的狀態(tài)。
　　真空封裝作為MEMS器件加工的一個重要環(huán)節(jié)，封裝后腔體的真空度對微型芯片結構的可靠性有較大的影響。影響MEMS器件真空封裝好壞的因素有很多，如封裝工藝的缺陷、材料（比如粘接劑等化學用品）緩慢釋放以及封裝所用外殼的堅固程度等。一旦密封腔體發(fā)生真空泄漏導致少量氣體混入其中，會使微橋結構在經受外界振動和沖擊等激勵作用時承受更大的壓力。仿真研究表明，