本文關(guān)鍵詞： 熱釋電單元探測器 仿真研究 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 光學(xué)吸收 熱釋電電流　出處：《電子科技大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：熱釋電探測器是一種熱探測器,是利用紅外線的熱效應(yīng)及材料的熱釋電效應(yīng)來測量紅外輻射能量的傳感器。由于其具有室溫探測、無需外接偏置、探測率高、可靠性高、響應(yīng)光譜寬、響應(yīng)速度快等優(yōu)點,被廣泛地應(yīng)用于軍事和民用的各個領(lǐng)域。本文設(shè)計熱釋電單元探測器敏感單元結(jié)構(gòu),考慮應(yīng)用背景為背景輻射測量。熱釋電探測器的性能表現(xiàn)受以下幾個因素的影響:紅外輻射的吸收、熱學(xué)溫升特性和力學(xué)機械穩(wěn)定性等。為了研究熱釋電探測器的相關(guān)性能,本文采用IntelliSuite微機電有限元仿真分析軟件構(gòu)建了基于敏感元面積為1200μm×1200μm的三種敏感單元結(jié)構(gòu)的三維有限元模型。仿真分析了不同支撐柱結(jié)構(gòu)參數(shù)對熱釋電探測器熱學(xué)性能和力學(xué)性能的影響,重點分析支撐柱結(jié)構(gòu)形狀和接觸面積大小對熱釋電探測器性能的影響,得到最優(yōu)化熱釋電探測器敏感單元結(jié)構(gòu)參數(shù)。利用Essential Macleod光學(xué)薄膜仿真分析軟件分析紅外吸收膜對熱釋電探測器紅外輻射吸收性能的影響。通過控制變量法改變吸收膜系中各膜層厚度,仿真器件輻照吸收,得到最優(yōu)化熱釋電探測器吸收膜系條件。得出膜系吸收率主要受吸收層厚度影響,鉭酸鋰晶體層的厚度主要影響吸收率曲線的峰值位置。當敏感單元結(jié)構(gòu)吸收層采用10nm鎳鉻金屬吸收層、鉭酸鋰晶片為9.5μm、反射層采用200nm鎳鉻金屬層情況下,在實驗波段14~16μm波段內(nèi)輻射吸收最高。并針對小角度入射情況進行了膜系吸收情況分析仿真實驗。本文最后根據(jù)對熱釋電探測器熱學(xué)、力學(xué)、光學(xué)性能分析的結(jié)果,得出一種性能較好的熱釋電探測器敏感單元結(jié)構(gòu)。加載經(jīng)過系統(tǒng)地計算得出的熱流密度。提取了此結(jié)構(gòu)探測器敏感元各溫升區(qū)域的溫升曲線,計算這種結(jié)構(gòu)條件下從溫升開始到熱平衡時的平均熱釋電電流輸出。并進行了誤差分析。進一步預(yù)估熱釋電探測器性能,對熱釋電探測器的結(jié)構(gòu)設(shè)計有著重要的參考意義。
[Abstract]:Pyroelectric detector is a kind of thermal detector, which uses infrared thermal effect and material pyroelectric effect to measure infrared radiation energy. Because of the advantages of wide response spectrum and fast response speed, it has been widely used in military and civil fields. In this paper, the sensitive unit structure of pyroelectric unit detector is designed. The performance of pyroelectric detectors is affected by the absorption of infrared radiation, the characteristics of thermal temperature rise and mechanical and mechanical stability, etc. In order to study the correlation energy of pyroelectric detectors, In this paper, a three-dimensional finite element model of three kinds of sensitive element structures based on the sensitive element area of 1200 渭 m 脳 1200 渭 m is constructed by using the IntelliSuite software of finite element analysis. The pyroelectric detectors with different structural parameters of supporting columns are simulated and analyzed. Effects of properties and mechanical properties, The influence of structure shape and contact area of support column on the performance of pyroelectric detector is analyzed. The optimum structure parameters of pyroelectric detector sensitive unit were obtained. The influence of infrared absorption film on infrared radiation absorption property of pyroelectric detector was analyzed by Essential Macleod optical thin film simulation analysis software. The absorption was changed by controlling variable method. The thickness of each film in the film collection system, The optimum conditions of absorption film system of pyroelectric detector are obtained by simulating the radiation absorption of the device, and it is concluded that the absorption rate of the film system is mainly affected by the thickness of the absorption layer. The thickness of lithium tantalate crystal layer mainly affects the peak position of absorptivity curve. When the absorption layer of sensitive unit structure is 10nm Ni-Cr metal absorption layer, the lithium tantalate wafer is 9.5 渭 m, the reflection layer is 200nm Ni-Cr metal layer. The radiation absorption is the highest in the experimental band of 14 ~ 16 渭 m. A simulation experiment is carried out to analyze the absorption of the film system under the condition of small angle incidence. Finally, based on the results of thermal, mechanical and optical properties analysis of pyroelectric detectors, A sensitive unit structure of pyroelectric detector with good performance is obtained. The temperature rise curves of each temperature rise region of the sensitive element of the detector are extracted by loading the heat flux density calculated systematically. The average pyroelectric current output from the beginning of temperature rise to thermal equilibrium is calculated under this kind of structure condition, and the error analysis is carried out. The further prediction of the performance of pyroelectric detector has important reference significance for the structural design of pyroelectric detector.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN215

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本文編號：1501344