手机知网 App
24小时专家级知识服务
打 开
手机知网|搜索

硅基微机械红外光源的设计和制备

程美英

   随着经济的迅速发展,工业生产和交通运输等产生的气体对环境的污染日益严重,人们对空气质量的监测提出了更高的要求。红外气体传感器选择性好、灵敏度高,在气体定性和定量分析方面应用非常广泛。作为红外气体传感器的重要部件,红外光源的性能很大程度上决定了红外传感器的性能。与传统红外光源相比,采用微电子机械系统(MEMS)加工技术制备的红外光源具有体积小、功耗低、可调制和成本低的特点,使它受到人们的广泛关注,成为当前研究的重点。本文设计并加工了一种新型的硅基微机械红外光源,下文简称MEMS红外光源,并对其进行了光谱特性,调制特性和可靠性测试研究。在MEMS红外光源设计中,选用多晶硅材料作为光源的发光材料,以绝缘体上硅(SOI)晶片作为基底材料。采用有限元分析软件ANSYS对光源薄膜发光层的温度分布进行了模拟,分析得出薄膜的温度呈梯度分布,中心点温度最高,由内向外温度下降。给出了一套完整的基于SOI晶片的MEMS红外光源的加工工艺流程。通过重掺杂SOI晶片的单晶硅层来实现辐射光背向吸收自加热效应。在基底材料SOI上沉积多晶硅材料,并通过离子注入工艺控制材料的导电特性。利用SOI晶片中的掩埋二氧化硅层为刻蚀停止层,通过背面深反应离子刻蚀技术制备微米量级的薄膜发光层结构。对MEMS光源进行简单TO封装后,分别通过红外热象仪和光谱辐射计测量了MEMS红外光源的表面工作温度和辐射光谱。实验结果显示该光源辐射1.5~20μm宽谱波长,调制特性研究表明该光源的调制频率在50%的调制深度下可以达到40Hz。对光源的可靠性研究采用加速寿命试验测试,通过步进应力试验得出光源活化能数值。采用Arrhenius模型外推出光源在不同温度下的器件寿命。在1000K的温度下,MEMS红外光源的寿命可达7年。该MEMS红外光源期望被用于制造低成本的气体探测和红外标识设备。 我们还研究了适用于战斗识别系统的MEMS红外光源阵列。与单个光源比较,阵列光源测量结果显示了高的发光强度和窄带发射特性,在50%的调制深度下调制频率为30Hz。……   
[关键词]:红外光源;MEMS;调制特性
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:厦门大学2009年
App内打开