电子科技大学 光电科学与工程学院, 成都 610054
建立了具有伞状吸收层结构的微测辐射热计探测单元的红外吸收模型。基于光学导纳矩阵法和阻抗匹配理论, 采用三维电磁仿真软件CST, 对伞状结构不同开孔尺寸和形状下模型的红外吸收特性进行了分析。结果表明, 双层伞状开孔微测辐射热计光学性能与伞状结构开孔大小有密切的关系。该伞状微测辐射热计中引入开孔后, 在保持较高的红外吸收特性的基础上, 减少了探测单元热容, 从而提升了器件响应速度。最终所得探测单元在8~14μm红外波段内的平均吸收率为85%, 满足超大规模小像元非致冷红外焦平面探测器的设计要求。
微测辐射热计 光学仿真 小像元 吸收率 微桥结构 microbolometer optical simulation small pixel absorptivity micro-bridge structure
依托半导体生产线开发了基于MEMS微桥结构的微测辐射热计（micro-bolometer）器件，其中，使用化学气相沉积（CVD）技术开发了非晶硅（α-Si）薄膜工艺，并将其用作微测辐射热计器件的敏感层材料，该材料在1000 Å厚度下的膜厚均匀性可以控制在2%以内（1-sigma，within wafer），电阻均匀性可以控制在2%以内（1-sigma，within wafer），其室温下的电阻温度系数（TCR）可以达到−2.5%左右；采用先刻沟槽工艺技术开发了MEMS微桥结构的接触模块，以无支撑柱结构实现了其支撑和电连接结构；使用Ti/TiN薄金属薄膜作为电极层，并利用电极层图形实现该敏感层电阻器件的电连接和图形定义；开发了高性能敏感层电阻工艺技术，实现了对敏感层材料工艺损失和电极层侧面腐蚀的良好工艺控制。在完成微测辐射热计器件工艺开发后，对其进行了器件级测试和评估，结果表明：该器件室温电阻值在250 kΩ左右，且具有优异的欧姆接触特性；室温下器件级TCR在−2%左右，略低于非晶硅薄膜材料TCR的测试值；同时，对该器件进行的升温和降温测试结果表明，文中开发的敏感层材料没有滞回效应。最后，对该器件进行释放工艺处理形成悬空的MEMS微桥结构，经扫描电镜（SEM）和光学显微镜测试评估，其微桥表面呈现良好的平坦度和均匀性，能够很好地满足微测辐射热计及相应的非制冷红外探测器产品的技术需求。
微测辐射热计 MEMS 微桥结构 敏感层 micro-bolometer MEMS micro-bridge sensing material layer 红外与激光工程
2023, 52(1): 20220279
红外与激光工程
2021, 50(3): 20200330
1 上海海事大学海洋科学与工程学院，上海 201306
2 上海海事大学上海深远海洋装备材料工程技术研究中心，上海 201306
研究了用Mn--Co--Ni--O薄膜材料制备的热敏红外探测器件，并主要通过调控衬底热导改进了器件性能。对于较薄的探测元，研究了具有微桥结构的红外器件。结果表明，该器件的响应率比非微桥器件高80%左右，探测率高44%左右。这主要是因为其独特的结构形式降低了器件热导，且对光的全反射效应提高了探测元对光的吸收率。对于较厚的探测元，在衬底上增加了抛光的散热铜片，使器件衬底的导热系数提高了47%左右，但响应电压降低了50%左右。因此需要合理选择散热铜片，以获得合适的时间常数和响应率。
Mn--Co--Ni--O薄膜 红外探测器 微桥 导热系数 响应率 Mn--Co--Ni--O thin film infrared detector micro-bridge thermal conductivity responsivity
1 中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
基于微机电系统(MEMS)技术，提出了一种光栅与法布里珀罗(F-P)腔相结合的新型MEMS F-P滤波器结构，这种滤波器既能保证较宽的自由光谱范围又能够获得较窄的半峰全宽。从实现机理、参数设计和选择对F-P滤波器的结构进行了深入分析，并着重对微桥桥面的机电性能进行了仿真计算。通过选择不同的微桥桥面厚度（0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1 μm），比较微桥在静电力作用下的平整度，发现当微桥表面厚度为1 μm时，得到了一个较优结果，在5 V电压下，上反射镜的倾斜位移ΔL为9.11 nm，最大腔长变化量为242 nm，这样能保持前后腔面反射光的平行要求，从而保证滤波器的滤波效率和对选择光的利用率。该滤波器能够解决传统微型滤波器自由光谱范围与半峰全宽相互限制的矛盾，提高微型滤波器的性能。
光学器件 微机电系统 滤波器 光栅 可调谐法布里珀罗腔 微桥
1 华中科技大学电子科学与技术系, 湖北 武汉 430074
2 昆明物理研究所, 云南 昆明 650223
3 玉溪师范学院信息技术工程学院, 云南 玉溪 653100
为了制备高性能铁电厚膜红外探测器, 对硅材料的各向异性腐蚀机理及特性进行了探讨, 开展了(100)硅片湿法各向异性腐蚀工艺研究。研究KOH 摩尔比、腐蚀温度对Si 基片腐蚀特性的影响。在KOH 与IPA 混合腐蚀液腐蚀系统中, 氢气泡可以快速的脱离硅表面, 使得硅表面的形貌得到改善。结果表明：Si(100)面的腐蚀速度随着腐蚀液浓度和温度的升高而增大, 选用KOH 质量分数为34%、11%的IPA, 在80℃、1.5 h 的腐蚀条件下能得到平整的腐蚀面,可以制备质量较好的微桥结构。
非制冷红外焦平面阵列 微桥 光刻 各向异性腐蚀 腐蚀装置 uncooled infrared focal plane arrays micro-bridge Photo-lithergraphy anisotropic etching etching equipments
