新型氣動室溫紅外探測器制備及其超薄敏感膜研究.pdf

1、紅外探測器作為紅外探測系統(tǒng)核心部件,始終是紅外技術(shù)發(fā)展的中心.隨著紅外實驗和理論的發(fā)展,新器件不斷涌現(xiàn).今天的探測器制備已成為涉及物理、材料等基礎(chǔ)科學和光、機械、微電子及計算機等多領(lǐng)域的綜合性科學技術(shù).紅外探測器按工作原理的不同可分為熱探測器和光子探測器.熱探測器可在室溫下工作,但其響應(yīng)時間較長,探測靈敏度低,且對不同波段紅外輻射的檢測無選擇性;光子探測器響應(yīng)速度快,探測靈敏度較高,具有波長選擇性,但須低溫工作,大大限制了它的應(yīng)用.鑒于

2、現(xiàn)有熱探測器和光子探測器由于受工作原理的限制存在著無法避免的缺陷,沈光地教授提出了一種可在室溫工作、具有高靈敏度且可實現(xiàn)探測波段選擇性的全新紅外探測機理.該文工作圍繞這一物理思想展開,在原有工作基礎(chǔ)上,對新型氣動室溫紅外探測器進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計及工藝深入研究.論文的主要內(nèi)容如下:1.概述了紅外探測器的發(fā)展、研究現(xiàn)狀及應(yīng)用,介紹了現(xiàn)有的熱探測器和光子探測器的優(yōu)缺點,并在此基礎(chǔ)上說明了新型紅外探測器的優(yōu)越性.2.介紹了新型氣動室溫紅外探測器的工

3、作機理,并對其實現(xiàn)技術(shù)——微機械加工技術(shù)(MEMS)進行了概述.3.對新型氣動室溫紅外探測器結(jié)構(gòu)進行了理論分析與參數(shù)計算.包括紅外透射窗口的選材分析,紅外吸收氣體的選取及其特性分析,彈性敏感硅膜、吸收腔、檢測電容的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)的分析計算,最后給出垂直雙腔和水平雙腔兩種器件結(jié)構(gòu).4.對超薄敏感膜的各項異性濕法腐蝕工藝制備及其性能進行了深入研究.改進傳統(tǒng)的腐蝕停工藝,首次采用KOH腐蝕實現(xiàn)了厚度小于1μm的平整超薄硅膜.與EPW進行比較,K

4、OH的優(yōu)勢在于毒性小、操作簡單、腐蝕邊緣規(guī)則.采用測量溶液對重摻硅/本征硅的腐蝕速率比的新方法來研究腐蝕停特性,得出KOH與EPW腐蝕比分別為1:400和1:483.另外對薄膜應(yīng)力進行了初步分析,并提出通過生長P+Si/Si3N4復(fù)合膜來減小應(yīng)力的方案.5.設(shè)計器件結(jié)構(gòu)的整體制備工藝流程,實現(xiàn)了器件的垂直雙腔結(jié)構(gòu)樣品.6.建立新型氣動室溫紅外探測器的響應(yīng)理論模型,在現(xiàn)有測試系統(tǒng)基礎(chǔ)上對樣品響應(yīng)進行了測試,結(jié)果表明器件對紅外輻射有明顯響應(yīng)