基于MEMS的光學讀出熱成像技術(shù)的研究.pdf

1、熱輻射探測器由于其應(yīng)用廣泛而備受關(guān)注，而非制冷型熱輻射探測器和制冷型探測器相比，有著體積小、成本低和可靠性高的優(yōu)勢。近些年來，隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，光學讀出熱成像技術(shù)因其不需要高靈敏度的復(fù)雜的讀出電路具有不產(chǎn)生附加熱量、有良好熱熱隔離、降低焦平面陣列(FPA)制作難度等優(yōu)點已成為一個研究熱點。考慮到熱輻射探測器在國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域有著獨特的地位，開展光學讀出熱成像技術(shù)的研究將具有重要的現(xiàn)實意義。 本文基于譜平面刀口濾波的光學讀

2、出技術(shù)，構(gòu)建了一個改進的非制冷熱成像的光學讀出系統(tǒng)，該系統(tǒng)除了具有很高的空間分辨率和光學探測靈敏度、抗振性能好等優(yōu)點外，還減少了光學元件使光路更加緊湊，且使用光強穩(wěn)定的LED作為光源明顯改善了系統(tǒng)的噪聲、提高成像系統(tǒng)的探測性能。以此為平臺，對設(shè)計制作的無Si基底、有變形放大結(jié)構(gòu)的SiNx/Au雙材料微懸臂梁FPA進行了熱成像實驗。 FPA設(shè)計方面，在分析基本的。FPA設(shè)計模型的基礎(chǔ)上提出了多回折梁間隔鍍金結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，鍍金

3、的雙材料梁間隔地與SiNx梁首尾相連，從而產(chǎn)生放大變形的效果以提高微梁單元的熱機械響應(yīng)。并以120μm×120μm的微梁單元為例，在考慮微梁單元的熱轉(zhuǎn)化效率的條件下對回折梁的折數(shù)進行了優(yōu)化，使微梁單元的探測性能最佳。討論了尺寸參數(shù)對微梁單元探測性能的影響。 FPA制作方面，針對FPA制備工藝中的關(guān)鍵問題進行了實驗研究。實驗比較了干法和濕法腐蝕體硅的優(yōu)劣，并選擇濕法腐蝕作為腐蝕體硅的工藝；濕法腐蝕體硅釋放FPA時采用正面保護，可以

4、其盲元率控制在10％以內(nèi)。制定出用于制作無Si基底自支撐、有產(chǎn)生變形放大效果的間隔鍍金結(jié)構(gòu)的FPA的標準工藝流程，該流程有很好的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。 利用構(gòu)建的光學讀出系統(tǒng)，對設(shè)計制作的單元尺寸分別為200μm×200μm、120μm×120μm、60μm×60μm的FPA進行了熱成像實驗，成功獲得了2m到2km不同距離的室溫物體的熱像，并實驗測量了相應(yīng)的噪聲等效溫度差(NETD)，分別為670mK、270mK和116mK，結(jié)果表