微機械隔膜構件的力學特性分析及其紅外探測應用.pdf

1、紅外探測是一種被廣泛應用的關鍵性技術，它在偵察、夜視、目標識別與跟蹤、遙感遙測、環(huán)境監(jiān)控、工業(yè)檢測和先期性故障診斷、醫(yī)療衛(wèi)生以及安全系統(tǒng)等軍用和民用領域發(fā)揮著至關重要的作用。隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，作為紅外整機系統(tǒng)核心的一系列高性能、新型的紅外傳感/探測器件層出不窮，對它的研究制備已成為涉及物理、材料等基礎學科和光學、機械、微電子以及計算機等諸多領域的綜合性科學技術。特別是微電子學在基礎理論、基礎材料、工藝原理等方面的重大突破以及超大規(guī)

2、模集成電路的飛速發(fā)展，以形狀或操作尺度微小為特征的微機械技術MEMS更為紅外傳感/探測器件的研究開辟了嶄新的領域，帶來了新的發(fā)展契機。 基于紅外輻射與物質相互作用所產(chǎn)生的各種效應，紅外探測器可以分為光量子型與熱型兩大類。盡管光量子型紅外探測器件具有探測靈敏度高、響應速度快等優(yōu)勢，然而由于其熱噪聲對環(huán)境溫度異常敏感，工作時必須配備體積龐大的制冷系統(tǒng)，因而自90年代以來，有關熱型紅外探測器件的研究逐步成為各界關注的焦點。 基

3、于物質微觀結構的細微變化導致其紅外吸收能力的巨大差異這一物理特性，沈光地教授創(chuàng)新性地提出，采用熱容量低、對特定紅外波段具有強烈吸收能力的氣體介質作為敏感源，利用微機械技術形成具有彈性薄膜的微型密閉腔體，通過腔體內氣體分子的無輻射馳豫過程將所吸收的輻射能量部分地轉變?yōu)闅怏w介質自身的熱能，引起其運動狀態(tài)產(chǎn)生變化、導致彈性薄膜向外偏轉，從而實現(xiàn)具有無需制冷、快速響應、高靈敏及波長選擇性等特點的新型紅外探測 器件。本論文主要針對器件彈性

4、薄膜的力學特性做了詳細研究，并針對器件的工作原理和制備工藝都做了分析和探討。主要內容如下： 1.回顧了紅外傳感/探測器件的發(fā)展歷程，系統(tǒng)地介紹各種基于微機械技術MEMS的熱型紅外傳感/探測器件的研究及發(fā)展現(xiàn)狀，并在此基礎上，論述基于上述全新物理構想的電容式Golaycell微機械紅外探測器的實際研究意義；2.針對器件的關鍵構件——濃硼重摻雜硅薄膜的力學特性進行了較為詳盡的理論分析，結合前人在彈性力學和斷裂力學上的成就，提出全新的

5、有關微米級厚度的濃硼重摻雜硅薄膜的斷裂分析；3.從器件的各個部分構成的分析入手，詳細地闡述電容式Golaycell微機械紅外探測器的工作原理；運用經(jīng)典熱動力學理論，從宏觀唯象的角度建立了描述器件動態(tài)行為的熱傳輸模型；基于該物理模型，系統(tǒng)、翔實地討論器件靈敏度S、比探測率D*以及熱時間常數(shù)τth等性能參數(shù)；4.詳盡闡述了器件的制備工藝以及在制備過程中遇到的各類工藝問題，根據(jù)設想的器件結構提出一套比較完備且經(jīng)過實踐的器件制備流程；5.介紹器