本文選題：MEMS + 非制冷�。� 參考：《蘇州大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：隨著時代的發(fā)展,在社會生活的各個領(lǐng)域中,紅外成像技術(shù)都有了廣泛的應(yīng)用,不僅僅包括了傳統(tǒng)的軍事、醫(yī)療等區(qū)域,在新興的定位系統(tǒng)、新能源、車載系統(tǒng)等領(lǐng)域,紅外成像技術(shù)的應(yīng)用也在與日俱增。特別是非制冷紅外成像系統(tǒng),人們將更多的目光和關(guān)注投入到它的高可靠性、低成本以及高性能上。本論文的研究重點在于非制冷紅外成像技術(shù)上,其核心原理在于采用微機電系統(tǒng)(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)傳感器和光信號系統(tǒng)讀出。并基于上述原理研發(fā)了,光-機械懸臂梁MEMS鏤空氮化硅薄膜紅外探測器,并通過MEMS技術(shù)手段,搭建了非制冷紅外成像系統(tǒng),取得了一系列技術(shù)領(lǐng)先的成像技術(shù)結(jié)果。主要成果如下列舉:1、本論文的重中之重是紅外芯片的器件制作,且在設(shè)計時采用了SiNx/Al雙材料組合加工工藝,該種材料組合也是本論文的創(chuàng)新點和亮點。2、本文使用新的算法,設(shè)計了最新型自支撐無硅襯底和熱隔離變形疊加的紅外焦平面陣列(FPA),與此同時,對其進行了性能優(yōu)化和熱動力學(xué)建模。獲取了新型FPA整體的、成套的優(yōu)化方法和標(biāo)準結(jié)構(gòu)。通過與使用通常犧牲層機結(jié)構(gòu)的MEMS紅外傳感器結(jié)構(gòu)比較,該結(jié)構(gòu)使探測器的輻射利用率有效的提高了一個層次,并且在制作工藝流程上進行了有效的優(yōu)化和簡化�；谏鲜隼碚�,考慮到制作工藝的寬容度,對設(shè)計單元的像素尺寸為50um*50um、陣列個數(shù)為240*240。3、重新設(shè)計和開發(fā)了一系列用于單層氮化硅(SiNx)鏤空薄膜懸臂梁FPA的標(biāo)準制作流程和制作工藝。特別是控制盲元率、整體硅腐蝕工藝、低應(yīng)力氮化硅膜(SiNx)的應(yīng)力控制等關(guān)鍵技術(shù)重新開發(fā)并進行了深入系統(tǒng)的研究,制作了變形疊加熱隔離FPA結(jié)構(gòu)和基于自支撐無襯底結(jié)構(gòu)的制作。本文的主要創(chuàng)新之處便在于此,使用新型工藝標(biāo)準,使FPA陣列器件的盲元率控制在10%以下。4、使用了新的兩種結(jié)構(gòu)的FPA,和改進后的FPA光學(xué)讀出方法,組件了使用MEMS技術(shù)的非制冷紅外成像系統(tǒng)裝置,采集了一系列室外物體、人體、集成電路板等一系列靜態(tài)和動態(tài)熱成像圖像。采集到了FPA像素尺寸為50um*50um、陣列個數(shù)為240*240的芯片系統(tǒng)性能關(guān)鍵參考數(shù)據(jù)—噪聲等效溫度差(NETD)降低到了300mK,該類技術(shù)和成果已達到同期國內(nèi)、國際的領(lǐng)先水平。
[Abstract]:With the development of the times, infrared imaging technology has been widely used in various fields of social life, including not only traditional military, medical and other areas, but also emerging positioning systems, new energy sources, vehicle-borne systems, and so on. Infrared imaging technology is also increasing in application. Especially uncooled infrared imaging system, people will pay more attention to its high reliability, low cost and high performance. This paper focuses on uncooled infrared imaging technology, the core principle of which is the use of MEMS micro-electro-mechanical system sensors and optical signal system readout. Based on the above principle, the photo-mechanical cantilever MEMS hollowed-out silicon nitride thin film infrared detector is developed, and the uncooled infrared imaging system is built by means of MEMS technology, and a series of advanced imaging results are obtained. The main achievements are listed as follows: 1. The most important thing of this thesis is the device fabrication of infrared chip, and the SiNx/Al binomial combination process is adopted in the design. This kind of material combination is also the innovation and bright spot of this paper. The new algorithm is used in this paper. A novel self-supporting silicon free substrate and thermal isolated deformation superposition infrared focal plane array (IRFPA) is designed. At the same time, the performance optimization and thermodynamics modeling are carried out. The whole and complete set of optimization method and standard structure of new FPA are obtained. Compared with the conventional MEMS infrared sensor structure, the structure improves the radiation efficiency of the detector effectively, and optimizes and simplifies the fabrication process. Based on the above theory and taking into account the fabrication technology's tolerance, the pixel size of the design unit is 50um / 50um and the number of arrays is 240U / 240.3. A series of standard fabrication processes and fabrication techniques for single-layer silicon nitride (SiNx) hollow thin film cantilever beam FPA are redesigned and developed. In particular, the key techniques of controlling blind element rate, silicon corrosion process and stress control of low stress silicon nitride film are redeveloped and systematically studied. The deformation superposition thermal isolation FPA structure and the self-supporting non-substrate structure are fabricated. The main innovation of this paper is the use of a new process standard to control the blind cell rate of FPA array devices below 10%. The new two structures of FPAs and the improved FPA optical readout method are used. The uncooled infrared imaging system with MEMS technology is used to collect a series of static and dynamic thermal imaging images of outdoor objects, human body, integrated circuit board and so on. The key reference data for the performance of the chip system whose pixel size of FPA is 50 umum and array number is 240 have been collected and reduced to 300mK. this kind of technology and achievement has reached the domestic and international leading level in the same period.
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN215

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本文編號：1892892