Author Affiliations
Abstract
1 School of Electronic, Electrical and Communication Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
2 Smart Sensing Research and Development Centre, Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
3 Laboratory of Advanced Polymer Materials, Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
An innovative formaldehyde gas sensor based on thin membrane type metal oxide of TiO2layer was designed and fabricated. This sensor under ultraviolet (UV) light emitting diode (LED) illumination exhibits a higher response to formaldehyde than that without UV illumination at low temperature. The sensitivities of the sensor under steady working condition were calculated for different gas concentrations. The sensitivity to formaldehyde of 7.14 mg/m3is about 15.91 under UV illumination with response time of 580 s and recovery time of 500 s. The device was fabricated through micro-electro-mechanical system (MEMS) processing technology. First, plasma immersion ion implantation (PIII) was adopted to form black polysilicon, then a nanoscale TiO2membrane with thickness of 53 nm was deposited by DC reactive magnetron sputtering to obtain the sensing layer. By such fabrication approaches, the nanoscale polysilicon presents continuous rough surface with thickness of 50 nm, which could improve the porosity of the sensing membrane. The fabrication process can be mass-produced for the MEMS process compatibility.
光电子快报（英文版）
2016, 12(4): 308
中国科学院微电子所, 器件与集成技术重点实验室,北京100029
在绝缘衬底上的硅(SOI)制备的二极管型非制冷红外焦平面是利用单晶硅PN结二极管作为温度探测器, 比其它类型非制冷红外焦平面具有自己的独特优势.描述了传统型像素的结构与特性, 并提出一种改进型结构.在传统的像素结构中, 红外吸收结构直接覆盖于二极管表面, 其填充系数仅为21%.改进后的结构将红外吸收层悬空并覆盖整个像素表面, 使吸收结构能够达到80%, 大大提高了器件的吸收率.计算结果也显示改进后的结构在像素尺寸为35μm×35μm时, 器件的灵敏度可达到 7.75×10-3V/K, 等效功率噪声(NETD)可减小至43mK(f/10.0).同时, ANSYS的仿真结果也表明改进后的结构在吸收率上的提高, 证明了此结构的可行性.
绝缘衬底上的硅 二极管 填充系数 红外焦平面 SOI diode fill-factor infrared focal plane arrays(IR FPA)
1 中国科学院微电子研究所微电子器件与集成技术重点实验室,北京100029
2 江苏物联网研究发展中心智能集成传感器工程中心,江苏 无锡214135
使用红外探测器及读出电路, 研制成功非制冷红外探测系统.探测器用二极管作为温度传感器, 使其与集成电路工艺相兼容.采用了新的器件结构, 使得填充因子从20%提高到80%.器件的微机械结构面积为35μm×35μm.读出电路的失调电压为3μV.探测器的输出噪声为2μV.探测器的电压响应率为7894.7V/W, 黑体探测率D*为1.56×109cmHz1/2/W, 噪声等效温差为330mK, 响应时间为27 ms.
红外探测器 二极管 填充因子 吸收层 读出电路 infrared detector diode fill-factor absorber readout circuit
1 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 中北大学电子科学与技术系, 山西 太原 030051
2 江苏物联网研究发展中心, 江苏 无锡 214135
提出了一种与 CMOS工艺兼容、高响应率、低噪声的微机械热电堆红外探测器。该结构热电偶数目为两对, 材料为 P/N型多晶硅, 吸收层材料为 TiN。采用较少热电偶对的方式来降低噪声, 引入共振谐振腔结构来提高红外吸收率。阐述了探测器的基本工作原理, 通过仿真得到其重要的性能参数, 并给出了器件具体的工艺流程, 对器件尺寸进行了优化。理论上, 其响应率大于 1000 V/W, 探测率大于 2×108 cmHz1/2W-1, 噪声等效温差小于 20 mK, 时间常数小于 10 ms, 电阻值小于 20 kΩ。
热电堆 红外探测器 CMOS兼容 谐振腔 thermopile infrared detectors CMOS compatibility resonant Cavity TiN TiN
1 中国科学院微电子研究所，北京 100029
2 中北大学电子测试国家重点实验室， 山西 太原 030051
报道了一种与 CMOS工艺兼容的微机械热电堆红外探测器。提出了具有一对热电偶的两层悬浮结构，其占空因子达到 80%以上，并采用 P/N多晶硅作为热电偶材料，黑硅作为吸收层材料。给出了器件的工作原理，对性能优化与制作的工艺流程进行了分析，结合所选材料的基本参数，得到了优化后的结构尺寸。通过理论计算，可以获得响应率大于 1000 V/W，探测率大于 1×108 cmHz1/2W-1，时间常数小于 40 ms，噪声等效温差小于 30 mK的性能优良的热电堆红外探测器。该器件的吸收层位于结构中的顶层，金属布线位于底层，便于与后续电路集成。单元大小为 25 μm×25 μm，有利于制作非制冷红外焦平面阵列。
CMOS兼容性 热电堆 红外 黑硅 CMOS compatibility thermopile infrared MEMS MEMS black silicon
