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敏感器件及其读出系统构成的具有完整功能的微系统是微电子技术发展的延伸，是传感器系统领域的重要研究方向，必须从系统的角度开展研究。从传感器的设计、模拟和制备工艺到不同类型读出方案的选择、设计和实现是构成功能系统的密不可分的过程。设计和实现的过程是权衡系统性能、工艺实现和成本等各种因素的过程。
本论文创新的采用全镂空微悬臂梁结构实现可应用的非制冷红外成像系统，得到了人像的红外成像实验结果。该成果在国内首次得到，并是世界上第四个实验室利用光力学原理实现的红外成像结果。在进一步研究中，创新的将无源结构∑△ADC引入到微系统中，成功完成模数转换调制器的流片，测试得到低功耗高性能调制器。
本论文的研究以微悬臂梁结构为基础，对设计、仿真模拟和制备工艺进行了广泛而深入的研究。从系统的角度出发，提出了微系统的实现应该按照定义的系统性能，通过功能模块的划分，对微结构设计、工艺方案、实现成本、信号处理、集成形式、系统性能指标进行综合分析与设计的思路。本论文完成的主要工作包括：
1)对SiNx构成的悬臂梁和SiNx/Au双材料微悬臂梁的热学、力学、本征振动模态和热力耦合场性质进行了仿真模拟；
2)完成了有衬底牺牲层微悬臂梁结构器件的制备工艺流程，具有创新性的设计和实现了全镂空自支撑微悬臂梁结构器件。对微细加工中的牺牲层工艺、多层结构的连接通孔形貌控制工艺、防止粘连结构的设计和工艺以及结构层材料的应力控制等工艺瓶颈和难点进行了深入的研究，并提出了相应的解决方案；
3)本论文采用新型的全镂空微悬臂梁结构和光学检测系统，成功构建系统，得到了热物体的红外静态和动态成像结果和人像成像结果。系统的关键指标参数NETD(噪声等效温差)已经可以达到245mK。该实验结果在国内是首次实现，在成本很低的情况下，性能指标已经达到国际先进水平；
4)在微悬臂梁敏感器件与光学检测系统集成构成红外成像系统应用的基础上，本论文针对敏感器件的输出微小信号的特点提出通用性的电学检测系统——读出界面电路的系统结构。创新性的将超低功耗无源∑△调制器引入到微系统中来，分析了无源∑△调制器的性能特点，设计了完全适用于热敏感信号的测量和转化的无源∑△调制器，并成功流片和测试。在4kHz带宽情况下，得到调制器的SNDR(信号与噪声和谐波之比)为69.8dB，DR(动态范围)为75dB，在测试信号附近的500Hz带宽条件可以得到SNDR为72.59dB，相当于12位的转换精度。