1 北京信息科技大学 光电测试技术及仪器教育部重点实验室
2 生物医学检测技术及仪器北京实验室,北京 100192
研究了一种基于超材料结构的红外热探测器，该探测器利用光学超材料的局域场增强效应和热释电材料的温度敏感特性，实现对红外辐射的探测。利用有限元分析方法，研究了超材料吸收器的红外吸收特性和电磁场特性，分析了超材料吸收器与热释电材料（LiTaO3）耦合结构的热学性能。结果表明，设计的超材料吸收器，可在3~15 μm范围内调制峰值波长（主要覆盖大气窗口（8~14 μm）），吸收率可达99.9%，带宽范围为0.2~1.0 μm。当探测器的尺寸为23 μm×23 μm时，探测器稳态温度升高量为0.311 K，与类似工作相比，温度提升了约21倍。改进的红外热探测器具有显著的温度响应，适用于大规模像元级非致冷中远红外波段的热成像与传感应用。
红外热探测器 超材料吸收器 有限元分析 热释电材料 infrared thermal detectors metamaterial absorber finite element analysis pyroelectric materials
1 Integrated Circuit Advanced Process R&D Center, Institute of Microelectronics of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 00029, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Wuxi Innovation Center for Internet of Things, Wuxi 214028，China
红外热探测器的热学参数包括热容、热导、热响应时间，反应了结构信息和器件性能。精确有效地获得这些参数，对探测器的结构优化与性能评估具有指导意义。二极管型红外热探测器是红外热探测器的主要类型之一。基于二极管型红外热探测器的自热效应，提出了一种热学参数的电学等效测试方法，具有测量精度高且实现简单的特点。并对自制的一款二极管型红外焦平面阵列像元进行了测试，测试结果与理论分析相符，验证了方法的可行性。
红外热探测器 二极管 电学等效测试 热学参数 infrared thermal detector diode electrical equivalent test thermal parameters
设计了一种在室温工作的太赫兹热探测器.探测器由片上天线和温度传感器耦合而成.天线由NMOS温度传感器的栅极组成, 吸收入射的太赫兹波将其转化为焦耳热, 生成的热量引起的温度变化由温度传感器探测.整个探测器的探测过程分为电磁辐射吸收、波-热转换、热-电转换三个过程, 并分别进行了建模分析, 仿真得到天线吸收率为0.897, 热转换效率为165 K/W, 热电转换效率为1.77 mV/K.探测器基于CMOS 0.18 μm工艺设计, 工艺处理后将硅衬底打薄至300 μm.探测器在3 THz太赫兹环境下, 入射功率为1 mW时, 电压响应率仿真值为262 mV/W, 测试值为148.83 mV/W.
太赫兹热探测器 栅极天线 NMOS温度传感器 建模 测试 响应率 CMOS CMOS Terahertz thermal detector Gate antenna NMOS temperature sensor Modeling Simulation Responsivity
传统的红外探测距离模型主要用于地面目标的检测, 载机飞行高度也比较低。在凝视型红外热探测器的基础上, 对临近空间的大气环境进行了详细分析, 建立了背景辐射模型。在此基础上提出了临近空间飞行器的红外探测距离模型, 对红外波段适用范围进行了讨论。计算结果表明, 在临近空间环境下, 红外波段都有较好的探测结果, 在短波下探测时, 背景辐射对其探测结果影响很大。
临近空间飞行器 凝视型红外热探测器 探测距离模型 背景辐射 near space aerocraft staring infrared thermal detector detection distance model background radiation
根据红外探测器最基本的物理机理和器件模型，对红外光子探测器和热探测器在不同工作温度、不同波长的探测率性能进行了理论计算；并对两类物理机理不同的红外探测器的探测率、工作温度和响应波长进行比较，阐述了各自探测器具有优势的应用领域。
红外探测器 光子探测器 热探测器 物理机理 理论计算 infrared detector photon detector Device Physics Model Theoretical calculation
1 中国科学院西安光学精密机械研究所,西安,710068
2 西安理工大学,西安,710048
研究了利用镀膜硅微机械悬臂梁红外辐射热挠曲实现红外辐射探测的技术,建立了镀膜双层硅微悬臂梁红外辐射热挠曲的理论模型.并利用镀有二氧化硅膜层的硅微悬臂梁,在硅微悬臂梁根部制作热挠曲检测压敏电阻,用实验方法测试了硅微悬臂梁对红外辐射的响应规律,结果表明该镀膜硅微悬臂梁对顶端辐射激励的1.5 μm红外光的响应灵敏度可达 2.39 μV/mW.用计算机优化方法得到了硅微机械悬臂梁的最佳镀膜厚度比的规律,为进一步提高硅微悬臂梁红外探测的灵敏度提供了设计依据.
红外辐射 热探测 硅微悬臂梁 镀膜优化
