测试计量技术及仪器专业毕业论文测试计量技术及仪器专业毕业论文 精品论文精品论文 硅基微机械红外硅基微机械红外光源的设计和制备光源的设计和制备关键词：红外光源关键词：红外光源 调制特性调制特性 空气质量空气质量 气体传感器气体传感器 微电子机械系统微电子机械系统 光谱特性光谱特性 多晶硅多晶硅 气体探测气体探测摘要：随着经济的迅速发展，工业生产和交通运输等产生的气体对环境的污染 日益严重，人们对空气质量的监测提出了更高的要求。红外气体传感器选择性 好、灵敏度高，在气体定性和定量分析方面应用非常广泛。作为红外气体传感 器的重要部件，红外光源的性能很大程度上决定了红外传感器的性能。与传统 红外光源相比，采用微电子机械系统(MEMS)加工技术制备的红外光源具有体积 小、功耗低、可调制和成本低的特点，使它受到人们的广泛关注，成为当前研 究的重点。 本文设计并加工了一种新型的硅基微机械红外光源，下文简称 MEMS 红外光源，并对其进行了光谱特性，调制特性和可靠性测试研究。在 MEMS 红外光源设计中，选用多晶硅材料作为光源的发光材料，以绝缘体上硅(SOI)晶 片作为基底材料。采用有限元分析软件 ANSYS 对光源薄膜发光层的温度分布进 行了模拟，分析得出薄膜的温度呈梯度分布，中心点温度最高，由内向外温度 下降。给出了一套完整的基于 SOI 晶片的 MEMS 红外光源的加工工艺流程。通过 重掺杂 SOI 晶片的单晶硅层来实现辐射光背向吸收自加热效应。在基底材料 SOI 上沉积多晶硅材料，并通过离子注入工艺控制材料的导电特性。利用 SOI 晶片中的掩埋二氧化硅层为刻蚀停止层，通过背面深反应离子刻蚀技术制备微 米量级的薄膜发光层结构。对 MEMS 光源进行简单 TO 封装后，分别通过红外热 象仪和光谱辐射计测量了 MEMS 红外光源的表面工作温度和辐射光谱。实验结果 显示该光源辐射 1.520m 宽谱波长，调制特性研究表明该光源的调制频率在 50的调制深度下可以达到 40Hz。对光源的可靠性研究采用加速寿命试验测试， 通过步进应力试验得出光源活化能数值。采用 Arrhenius 模型外推出光源在不 同温度下的器件寿命。在 1000K 的温度下，MEMS 红外光源的寿命可达 7 年。该 MEMS 红外光源期望被用于制造低成本的气体探测和红外标识设备。 我们还 研究了适用于战斗识别系统的 MEMS 红外光源阵列。与单个光源比较，阵列光源 测量结果显示了高的发光强度和窄带发射特性，在 50的调制深度下调制频率 为 30Hz。正文内容正文内容随着经济的迅速发展，工业生产和交通运输等产生的气体对环境的污染日 益严重，人们对空气质量的监测提出了更高的要求。红外气体传感器选择性好、 灵敏度高，在气体定性和定量分析方面应用非常广泛。作为红外气体传感器的 重要部件，红外光源的性能很大程度上决定了红外传感器的性能。与传统红外 光源相比，采用微电子机械系统(MEMS)加工技术制备的红外光源具有体积小、 功耗低、可调制和成本低的特点，使它受到人们的广泛关注，成为当前研究的 重点。 本文设计并加工了一种新型的硅基微机械红外光源，下文简称 MEMS 红外光源，并对其进行了光谱特性，调制特性和可靠性测试研究。在 MEMS 红外 光源设计中，选用多晶硅材料作为光源的发光材料，以绝缘体上硅(SOI)晶片作 为基底材料。采用有限元分析软件 ANSYS 对光源薄膜发光层的温度分布进行了 模拟，分析得出薄膜的温度呈梯度分布，中心点温度最高，由内向外温度下降。 给出了一套完整的基于 SOI 晶片的 MEMS 红外光源的加工工艺流程。通过重掺杂 SOI 晶片的单晶硅层来实现辐射光背向吸收自加热效应。在基底材料 SOI 上沉 积多晶硅材料，并通过离子注入工艺控制材料的导电特性。利用 SOI 晶片中的 掩埋二氧化硅层为刻蚀停止层，通过背面深反应离子刻蚀技术制备微米量级的 薄膜发光层结构。对 MEMS 光源进行简单 TO 封装后，分别通过红外热象仪和光 谱辐射计测量了 MEMS 红外光源的表面工作温度和辐射光谱。实验结果显示该光 源辐射 1.520m 宽谱波长，调制特性研究表明该光源的调制频率在 50的 调制深度下可以达到 40Hz。对光源的可靠性研究采用加速寿命试验测试，通过 步进应力试验得出光源活化能数值。采用 Arrhenius 模型外推出光源在不同温 度下的器件寿命。在 1000K 的温度下，MEMS 红外光源的寿命可达 7 年。该 MEMS 红外光源期望被用于制造低成本的气体探测和红外标识设备。 我们还研究了 适用于战斗识别系统的 MEMS 红外光源阵列。与单个光源比较，阵列光源测量结 果显示了高的发光强度和窄带发射特性，在 50的调制深度下调制频率为 30Hz。 随着经济的迅速发展，工业生产和交通运输等产生的气体对环境的污染日益严 重，人们对空气质量的监测提出了更高的要求。红外气体传感器选择性好、灵 敏度高，在气体定性和定量分析方面应用非常广泛。作为红外气体传感器的重 要部件，红外光源的性能很大程度上决定了红外传感器的性能。与传统红外光 源相比，采用微电子机械系统(MEMS)加工技术制备的红外光源具有体积小、功 耗低、可调制和成本低的特点，使它受到人们的广泛关注，成为当前研究的重 点。 本文设计并加工了一种新型的硅基微机械红外光源，下文简称 MEMS 红 外光源，并对其进行了光谱特性，调制特性和可靠性测试研究。在 MEMS 红外光 源设计中，选用多晶硅材料作为光源的发光材料，以绝缘体上硅(SOI)晶片作为 基底材料。采用有限元分析软件 ANSYS 对光源薄膜发光层的温度分布进行了模 拟，分析得出薄膜的温度呈梯度分布，中心点温度最高，由内向外温度下降。 给出了一套完整的基于 SOI 晶片的 MEMS 红外光源的加工工艺流程。通过重掺杂 SOI 晶片的单晶硅层来实现辐射光背向吸收自加热效应。在基底材料 SOI 上沉 积多晶硅材料，并通过离子注入工艺控制材料的导电特性。利用 SOI 晶片中的 掩埋二氧化硅层为刻蚀停止层，通过背面深反应离子刻蚀技术制备微米量级的 薄膜发光层结构。对 MEMS 光源进行简单 TO 封装后，分别通过红外热象仪和光 谱辐射计测量了 MEMS 红外光源的表面工作温度和辐射光谱。实验结果显示该光源辐射 1.520m 宽谱波长，调制特性研究表明该光源的调制频率在 50的 调制深度下可以达到 40Hz。对光源的可靠性研究采用加速寿命试验测试，通过 步进应力试验得出光源活化能数值。采用 Arrhenius 模型外推出光源在不同温 度下的器件寿命。在 1000K 的温度下，MEMS 红外光源的寿命可达 7 年。该 MEMS 红外光源期望被用于制造低成本的气体探测和红外标识设备。 我们还研究了 适用于战斗识别系统的 MEMS 红外光源阵列。与单个光源比较，阵列光源测量结 果显示了高的发光强度和窄带发射特性，在 50的调制深度下调制频率为 30Hz。 随着经济的迅速发展，工业生产和交通运输等产生的气体对环境的污染日益严 重，人们对空气质量的监测提出了更高的要求。红外气体传感器选择性好、灵 敏度高，在气体定性和定量分析方面应用非常广泛。作为红外气体传感器的重 要部件，红外光源的性能很大程度上决定了红外传感器的性能。与传统红外光 源相比，采用微电子机械系统(MEMS)加工技术制备的红外光源具有体积小、功 耗低、可调制和成本低的特点，使它受到人们的广泛关注，成为当前研究的重 点。 本文设计并加工了一种新型的硅基微机械红外光源，下文简称 MEMS 红 外光源，并对其进行了光谱特性，调制特性和可靠性测试研究。在 MEMS 红外光 源设计中，选用多晶硅材料作为光源的发光材料，以绝缘体上硅(SOI)晶片作为 基底材料。采用有限元分析软件 ANSYS 对光源薄膜发光层的温度分布进行了模 拟，分析得出薄膜的温度呈梯度分布，中心点温度最高，由内向外温度下降。 给出了一套完整的基于 SOI 晶片的 MEMS 红外光源的加工工艺流程。通过重掺杂 SOI 晶片的单晶硅层来实现辐射光背向吸收自加热效应。在基底材料 SOI 上沉 积多晶硅材料，并通过离子注入工艺控制材料的导电特性。利用 SOI 晶片中的 掩埋二氧化硅层为刻蚀停止层，通过背面深反应离子刻蚀技术制备微米量级的 薄膜发光层结构。对 MEMS 光源进行简单 TO 封装后，分别通过红外热象仪和光 谱辐射计测量了 MEMS 红外光源的表面工作温度和辐射光谱。实验结果显示该光 源辐射 1.520m 宽谱波长，调制特性研究表明该光源的调制频率在 50的 调制深度下可以达到 40Hz。对光源的可靠性研究采用加速寿命试验测试，通过 步进应力试验得出光源活化能数值。采用 Arrhenius 模型外推出光源在不同温 度下的器件寿命。在 1000K 的温度下，MEMS 红外光源的寿命可达 7 年。该 MEMS 红外光源期望被用于制造低成本的气体探测和红外标识设备。 我们还研究了 适用于战斗识别系统的 MEMS 红外光源阵列。与单个光源比较，阵列光源测量结 果显示了高的发光强度和窄带发射特性，在 50的调制深度下调制频率为 30Hz。 随着经济的迅速发展，工业生产和交通运输等产生的气体对环境的污染日益严 重，人们对空气质量的监测提出了更高的要求。红外气体传感器选择性好、灵 敏度高，在气体定性和定量分析方面应用非常广泛。作为红外气体传感器的重 要部件，红外光源的性能很大程度上决定了红外传感器的性能。与传统红外光 源相比，采用微电子机械系统(MEMS)加工技术制备的红外光源具有体积小、功 耗低、可调制和成本低的特点，使它受到人们的广泛关注，成为当前研究的重 点。 本文设计并加工了一种新型的硅基微机械红外光源，下文简称 MEMS 红 外光源，并对其进行了光谱特性，调制特性和可靠性测试研究。在 MEMS 红外光 源设计中，选用多晶硅材料作为光源的发光材料，以绝缘体上硅(SOI)晶片作为 基底材料。采用有限元分析软件 ANSYS 对光源薄膜发光层的温度分布进行了模 拟，分析得出薄膜的温度呈梯度分布，中心点温度最高，由内向外温度下降。给出了一套完整的基于 SOI 晶片的 MEMS 红外光源的加工工艺流程。通过重掺杂 SOI 晶片的单晶硅层来实现辐射光背向吸收自加热效应。在基底材料 SOI 上沉 积多晶硅材料，并通过离子注入工艺控制材料的导电特性。利用 SOI 晶片中的 掩埋二氧化硅层为刻蚀停止层，通过背面深反应离子刻蚀技术制备微米量级的 薄膜发光层结构。对 MEMS 光源进行简单 TO 封装后，分别通过红外热象仪和光 谱辐射计测量了 MEMS 红外光源的表面工作温度和辐射光谱。实验结果显示该光 源辐射 1.520m 宽谱波长，调制特性研究表明该光源的调制频率在 50的 调制深度下可以达到 40Hz。对光源的可靠性研究采用加速寿命试验测试，通过 步进应力试验得出光源活化能数值。采用 Arrhenius 模型外推出光源在不同温 度下的器件寿命。在 1000K 的温度下，MEMS 红外光源的寿命可达 7 年。该 MEMS 红外光源期望被用于制造低成本的气体探测和红外标识设备。 我们还研究了 适用于战斗识别系统的 MEMS 红外光源阵列。与单个光源比较，阵列光源测量结 果显示了高的发光强度和窄带发射特性，在 50的调制深度下调制频率为 30Hz。 随着经济的迅速发展，工业生产和交通运输等产生的气体对环境的污染日益严 重，人们对空气质量的监测提出了更高的要求。红外气体传感器选择性好、灵 敏度高，在气体定性和定量分析方面应用非常广泛。作为红外气体传感器的重 要部件，红外光源的性能很大程度上决定了红外传感器的性能。与传统红外光 源相比，采用微电子机械系统(MEMS)加工技术制备的红外光源具有体积小、功 耗低、可调制和成本低的特点，使它受到人们的广泛关注，成为