红外与激光工程
2020, 49(5): 20190361
1 北京遥感设备研究所，北京 100854
2 哈尔滨工业大学 空间光学工程研究中心，黑龙江 哈尔滨 150001
波前编码技术通过在光学系统光瞳位置加入特殊的相位掩模板，对目标信号光波进行编码调制，并在图像处理端对该编码信号进行解码而恢复原图像，由于被编码调制后的波前对离焦等像差的不敏感度扩大了十数倍，能显著扩大光学系统焦深。因此，波前编码技术能在编码与解码之间解决恶劣力热条件或多色制导体制对弹载红外探测系统带来的离焦和对准误差。文中基于波前编码扩大焦深基本原理，对一长长双色红外光学系统进行了10倍焦深扩大的波前编码像差钝化设计。集成样机后，进行了波前编码成像实验。以小孔点靶编码像作为PSF解码10倍离焦位置处的十字靶和四条靶图像，十字靶和四条靶解码图像清晰可辨，证明波前编码技术对于系统像差或离焦像差的抑制是有效的。最后，对波前编码成像效果进行了分析：解码图像的水波纹是由于空间采样PSF不足导致的，可提取不同视场位置PSF，使用空间变化解码算法实现条纹消除；由于解码图像会在放大信号的同时放大噪声，因此，解码算法需要进一步研究噪声抑制算法，以期满足弹载高能量、高信噪比应用的要求。
波前编码 焦深 红外探测 像差钝化 wavefront coding focus depth infrared detection aberration inactivation 红外与激光工程
2020, 49(4): 0404001
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
1 电子科技大学 微电子与固体电子学院, 成都 610000
2 科磊得数码光电科技有限公司, 广东 东莞 523000
针对带有常规的第一类反光杯的基板结构因受限于封装引线键合工艺而反光杯尺寸较小的情况, 通过光学理论分析了其存在反射光线不完全的问题, 提出在LED模组芯片间开设第二类反光结构的解决方案。并基于光学分析软件Tracepro的仿真研究, 验证了其有效性。在此基础上设计了新型包含两类反光杯的基板结构, 最高可使LED模组出光效率和中心光强与没有开反光杯的情况相比提升近23%和 38%。
LED模组基板 反光杯 反射率 出光效率 光强分布 substrate of LED module reflective cups reflectivity light extraction efficiency light intensity distribution
1 电子科技大学 微电子与固体电子学院, 成都 610054
2 科磊得数码光电科技有限公司, 广东 东莞 523000
芯片阵列均匀排列的常规大功率LED模组因温度场叠加会导致中心温度过高、温度分布不均匀。在理论分析面热源温度分布函数及多热源相互影响的基础上提出了一种LED芯片外密内疏排列的模组设计方案, 并与ANSYS有限元仿真的结果进行了对比验证。当芯片按照优化后的对数和幂函数分布时芯片最高温度比常规均匀排列时均低约5℃, 芯片温度的方差降低约56%。外密内疏的非均匀芯片排列方案在基板较小、较薄时对散热效果的改善更好。
大功率LED模组 中心温度 温度分布均匀度 外密内疏 有限元仿真 highpower LED module core temperature uniformity of temperature distribution dense inside and sparse outside FEM
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 电子科技大学 微电子与固体电子学院, 成都 610000
2 科磊得数码光电科技有限公司，广东 东莞 523000
为了研究LED模组的散热性能，对其基板的横向和纵向散热性能进行了对比研究。首先建立加快基板横向和纵向散热性能的有限元模型，即在基板上覆盖高导热层和基板内添加高热导率热沉结构。并运用有限元（FEM）分析方法对两种基板的散热效果以及基板和LED芯片温度分布的均匀性进行了对比分析。最后，对于基板上覆盖高导热层的结构，结合实际工艺和散热性能的考虑，进一步优化了高导热层的厚度。
功率型LED模组 散热基板 高导热层 有限元模型 highpower LED module heat dissipation substrate high thermal conductivity layer finite element model
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
