MEMS電調(diào)制紅外光源.pdf

1、紅外氣敏傳感器利用氣體的特征光譜進行測量，具有優(yōu)越的選擇性、靈敏度和穩(wěn)定性，已經(jīng)得到廣泛應用。然而常規(guī)的紅外氣敏傳感器體積較大，難以實現(xiàn)微型化、智能化和網(wǎng)絡化。因此采用MEMS技術研制微型化的紅外氣敏傳感器越來越受到人們的重視。本文系統(tǒng)研究了MEI~S化紅外氣敏傳感器的一個重要部件一一電調(diào)制紅外輻射光源。 本論文的工作分為以下四個方面：MEMS紅外光源理論基礎及研制、光源工作模式研究、光源輻射特性研究和光源在非擴散式紅外氣體探測

2、體系中的初步應用。 結合理論分析，通過比較不同的光源結構和發(fā)熱絲材料，本文采用了懸膜結構并以硅片為襯底，分別用鉑金和鎳鉻合金為發(fā)熱絲材料的MEMS光源設計。由于鉑金材料發(fā)射率較低，本文研究了在成形的電阻絲表面淀積2000A的PECVI)氮化硅的光源結構。覆蓋氮化硅薄膜結構的光源使總體輻射有所增強，但光源的響應時間也增加了。為了優(yōu)化光源總體輻射和響應時間，本文還研究了用鎳鉻合金為發(fā)熱絲的MEMS光源結構。兩種光源的有效輻射面積分別

3、設計為1．9×1．95mm2和1．5×1．6mm2，電阻值分別為46歐姆和50歐姆。制作過程中，本文采用了新的腐蝕裝置和預腐蝕方法，解決了薄膜釋放的技術難點。 通過計算，分析了脈沖高電平階段不同的供電方式對光源動態(tài)特性的影響。結果表明，采用恒壓源供電的方式對于減小光源的升溫時間最有利，從而在動態(tài)性能測試以及應用過程中，選擇高電平為恒定電壓輸入的供電模式。同時還分析．了發(fā)射率對動態(tài)特性的影響，提高發(fā)射率有利于提高光源響應速率。

4、 采用熱像儀和光譜輻射計等設備對MBMS紅外光源的輻射特性進行表征，兩種光源在2～14微米的波長范圍內(nèi)都有較強的輻射。表面未作處理的鉑金光源在700mW加電功率下輻射功率為12．3mW，電能一輻射能的轉化效率約為1．76％；上升時間為28ms，下降時間為16ms。改用鎳鉻合金為發(fā)熱絲材料，光源的穩(wěn)態(tài)特性和動態(tài)響應都有了較大提高。相同加電功率下，輻射功率為52．23mW,轉化效率為7．46％；上升時間26ms，下降時間15ms。

5、 實驗過程還對薄膜底下殘留了10～20微米硅的鎳鉻光源特性進行了研究，該光源由于薄膜沒有徹底的釋放的緣故，電能利用率低，700mw加電功率下轉化效·率僅為0．91％，不到薄膜徹底釋放的芯片的十分之一，且因為殘留硅導致熱質(zhì)量大大增加，升溫過程緩慢，很難實現(xiàn)調(diào)制。但其光譜分布與前述光源有著不同的特點，不同加電功率作用下，光源在5．87微米波長處出現(xiàn)輻射峰值，且該值遠遠高于其他波長處的輻射。對于這一特性的充分研究，可能有助于提高光源有效帶寬