高性能低成本非制冷红外探测器的研制-谭果.pdf

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1、工作汇报高性能、低成本非制冷红外探测器的研制谭果谭果18966753572189667535722非制冷红外探测器研制流程1高性能、低成本非制冷红外探测器研制难点和方法2目录CONTENTS高性能、低成本非制冷红外探测器成果展示3Vital Optics Technology CO.,Ltd1、高性能、低成本非制冷红外探测器研制流程非制冷红外热像仪简介TargetSensorArrayIR LightIsigROICBiasDoutROICIRDSPY1ISPY2DetectorY2Y1Vital Optics Technology CO.,Ltd立项确定研制总要求MEMS设计IC设计IC流片

2、MEMS流片结果正常？封装及测试NY项目结题1、高性能、低成本非制冷红外探测器研制流程读出读出电路电路MEMSMEMS工艺工艺MEMSMEMS像元像元测试测试系统系统封装封装工艺工艺高响应率低噪声高良率低噪声高速高精度自动化高良率、高真空度、低成本低噪声、高线性度、数字化任务分解5非制冷红外探测器研制流程1高性能、低成本非制冷红外探测器研制难点和方法2目录CONTENTS高性能、低成本非制冷红外探测器成果展示3Vital Optics Technology CO.,Ltd62.1 高性能、低成本MEMS设计MEMS结构Sensor像元3D结构12um SEM Sensor12um SEM Lo

3、ng DummySensor像元立体结构示意图 吸收层和热敏层；像元结构为桥式：桥面、桥臂和桥墩;桥面悬空，由连接在桥墩上的桥臂支撑；像元由多层薄膜堆叠而成Vital Optics Technology CO.,Ltd72.1、高性能、低成本MEMS设计热学设计 通过微桥臂的设计，将热缓慢的由桥臂传导到衬底，实现桥面的热存储，同时保证桥面的温度均匀性；选择合适的材料作为桥臂的材料，满足热导和热响应时间的需求；优化桥面的厚度，保证吸收和力学强度下，桥面厚度、热容和热响应时间能够平衡且达到设计要求；单个像元结构示意图单个像元结构示意图Si3N4 Si3N4 VOxInfraredSi3N4 Si3

4、N4 Ti Vital Optics Technology CO.,Ltd82.1、高性能、低成本MEMS设计力学设计 通过优化各层应力及桥臂的设计来获得平整的桥面，避免坏斑或暗斑的产生像元应力仿真示意图桥臂变形SEM图片Vital Optics Technology CO.,Ltd92.1、高性能、低成本MEMS设计热电转换热敏材料是非晶态的氧化钒薄膜，以二氧化钒为主敏感像元Rs阻值随自身温度Ts的关系：=*=300+300其中，代表温度无限大的极限值，Tsub为衬底温度。常温下，Rs大约200250K欧，温度越高，阻值越小。85度的阻值约为常温的1/3，-40度的阻值约为常温的6倍。像元的

5、电阻温度系数TCR：=d=-2常温下，TCR大约每度-2.2%，温度越高，绝对值越小。85度的TCR是常温的0.7倍，-40度的TCR是常温的1.66倍。Rd、Rs均对衬底非常敏感，但Rd对入射辐射不敏感。Vital Optics Technology CO.,Ltd102.1、高性能、低成本MEMS设计热电转换Rd、Rs像元的热噪声谱密度：,2=4kT*R常温下，数值约为60nV/HzRd、Rs像元的闪烁噪声谱密度：,2=2=2其中Kf是无量纲的噪声系数，Kfm是工艺参数，取决于表面态和缺陷密度，大约为0.5*10-24 立方厘米，Vol是像元的体积。2,n thV4kTRBWf02,n f

6、Vlg(f)-3543210-2-1Vital Optics Technology CO.,Ltd112.1、高性能、低成本MEMS设计热电转换像元的电路模型Rti300300*subBBTrRe+=AB1JGthCth=1+=1+像元的热电方程：Cth、Gth分别为热容和热导.=Cth/Gth为热响应时间，为了避免成像拖尾，一般10msP1净吸收的热辐射，近似正比于目标温度与衬底温度之差。PJ是焦耳热功率，大小为Vb2/Rs=Ts-Tsub，代表像元的温升。热短路像元Rd的温升为0。1是目标引起的温升，大约0.01度量级.J是焦耳热功率恒定加热引起的温升，大约1000度量级，温升太高会导致像