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红外探测是一种被广泛应用的关键性技术,红外探测器作为红外探测整机系统的核心部件,有着广阔的应用前景,它已从最初的军事应用逐渐扩展到了包括工业测控,医疗检测,防火防灾等在内的更为广阔的民用领域。随着半导体工艺技术,材料,物理等基础学科的发展,一些新型的探测器被不断地开发出来。以形状或操作尺度微小为特点的微电子机械系统(MEMS)更为红外探测器的研究开辟了崭新的领域,带来了新的发展契机。
本论文基于微机械室温气动红外探测器的基本构想,它是MEMS技术与Golay cell红外探测器的结合。有所不同的是高莱探测器利用固体吸收,而本探测器采用气体直接吸收。这也使得我们实验室的红外探测器具备了更高的灵敏度和更快的响应速度。
本文系统地研究了该器件的结构与性能特性以及制备工艺,特别着重研究了器件的关键构件可动弹性敏感膜结构的机械特性。主要内容如下：
1.介绍了红外探测技术,MEMS技术,以及基于MEMS技术的我们实验室设计制备的室温红外探测器的优点；
2.根据器件的工作原理,分别对器件的机械系统和热力学系统进行了理论研究。机械系统方面,主要对决定器件灵敏度的关键构件-弹性敏感薄膜进行详尽的理论分析。并首次针对实际薄膜的厚度形貌对其性能进行模拟计算,使得到的结果更加符合实际情况。并根据计算结果提出改进薄膜性能的方法；
3.运用经典热动力学理论,从宏观唯像的角度建立了描述器件动态行为的热传输模型,基于该模型计算器件的等效热容热导。并基于该模型,系统的讨论器件灵敏度、噪声以及热时间常数等性能参数与器件材料特性和结构参数之间的关系；
4.详细介绍器件的制备工艺流程,并讨论在制备过程中遇到的各类工艺问题,进一步完善器件的工艺流程。特别分析了形成变厚度膜的原因,并从工艺上研究克服的方法,提出改进平整度的措施；
5.介绍器件激光测试和黑体测试的装置、步骤及结果,并对结果进行分析。