微机械谐振式红外传感器理论及制作工艺研究

非制冷红外传感技术尚不成熟，不能满足某些对响应率和探测率要求较高的应用领域。探索新型工作机理的非制冷红外探测器是提高探测性能指标的主要途径之一。本研究项目提出采用负电阻温度系数的非晶硅电阻实现的电热激励微桥谐振器敏感红外辐射。红外辐射的热效应使得具有负电阻温度系数的激励电阻的阻值下降。保持激励电阻的电压恒定，激励电阻阻值的下降将使激励功率静态分量增大，等效于增强了红外辐射的热效应。拟通过理论计算、科学实验和计算机模拟相结合的方法深入研究这种新型红外探测器的工作机制和探测理论，研制出高响应率、高探测率、具有自主知识产权的新型数字式红外探测器芯片。

基于红外辐射热效应引起探测器敏感材料物理特性或结构力学特性发生变化的热探测器可在室温下工作，光谱响应范围宽、体积小、重量轻、功耗低、可用于非接触式测温、气体分析、红外报警等领域。本研究项目采用负电阻温度系数多晶硅电阻电热激励/压阻检测的微桥谐振器敏感红外辐射。红外辐射的热效应使得具有负电阻温度系数的激励电阻和检测电桥的阻值下降。保持激励电压和检测电桥电压恒定，电阻阻值的下降将使激励功率静态分量和电桥的焦耳热增大，等效于增强了红外辐射的热效应，提高了响应率。主要研究成果如下：.1、理论计算、有限元模拟相结合计算了激励功率、惠斯登电桥焦耳热和红外辐射功率引起的微桥温度场分布。计算了探测器响应率与微桥结构尺寸、材料特性和轴向应变之间的解析关系。分析了非线性效应、压屈形变、杨氏模量和密度的温度系数、周围气体分子的附加质量等因素对响应率的影响。.2、探索了PECVD法生长的氮化硅薄膜的工艺条件和薄膜残余应力、杨氏模量之间的关系，淀积出具有张应力的氮化硅薄膜，并与二氧化硅组成稳定的绝热微桥结构。探索了多种背面KOH溶液腐蚀时正面金属引线的保护方法和微梁释放方法，研制出具有自主知识产权、可隔离封装应力的非制冷红外探测器芯片。.3、研制出谐振式红外探测器闭环自激/谐振频率检测电路及红外特性测试系统，测试了红外探测器的响应率，响应率达到-8.76 ppm/μw。.4、发表科技论文12篇 (其中SCI检索论文5篇，EI检索论文3篇)，申请国家发明专利6项，实用新型专利1项，培养研究生4名，在读3名，参加学术交流会议7人次。