高电光转化效率MEMS红外光源的制备及其性能研究

摘要

红外光源作为红外应用系统的核心部件，具有作用距离远、抗干扰性好、空间分辨率高、可全天候、全天时工作等特点，在空气质量监测、人员搜索和营救、飞机降落指引、红外通信等方面有重要的应用价值。为了满足红外应用系统小型化和低成本发展趋势的需要，在微尺度下可靠制造性能优、体积小的MEMS红外光源，已成为现阶段世界各国红外技术领域研究的热点。
　　本论文系统地研究了高电光转化效率MEMS红外光源器件材料调控、结构设计、仿真分析和制备方法。该光源是基于绝缘体上硅（SOI）基片，利用低压化学气相淀积工艺技术在基片上生长0.5μm多晶硅辐射层材料，通过单晶硅反射层浓硼扩散以及多晶硅辐射层硼离子注入掺杂改性技术，实现光源辐射层良好的电阻加热和体辐射效应。利用ANSYS软件对MEMS红外光源的辐射层进行热电耦合仿真分析。采用深反应离子刻蚀技术背面刻蚀500μm硅基底材料，实现光源悬浮薄膜结构的加工制造，极大程度改善了因辐射体部热容引起的热积累损伤。通过溅射铝电极实现器件电气互连，完成了高电光转化效率MEMS红外光源的集成制造。
　　本文对加工的MEMS红外光源进行性能测试，I-V特性测试结果显示曲线有较好的线性关系，光源阻值约为50Ω。对不同驱动电压下光源的表面温度进行测量，在驱动电压为5.8V时，光源表面温度约750K。相对辐射光谱测试结果显示该光源的红外光谱波段主要分布在3μm~5μm，中心波长在3.6μm处。针对不同距离、不同角度光源进行辐射强度测试，MEMS红外光源在0~50mm范围内辐射强度衰减较快，50mm之后逐渐趋于平稳；以5.8V电压驱动光源时，辐射范围覆盖-30°~30°，在准直方向上辐射强度较大，其电光转化效率可达20％。

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第一章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 红外辐射相关基础理论

1.3 MEMS红外光源国内外研究现状

1.4 论文研究内容

第二章 MEMS红外光源基础理论分析

2.1 红外光源分类

2.2 MEMS红外光源辐射原理

2.3 MEMS红外光源应用

2.4 本章小结

第三章 MEMS红外光源结构设计与仿真分析

3.1 光源结构设计

3.2 材料掺杂改性方法研究

3.3 ANSYS仿真分析

3.4 本章小结

第四章 MEMS红外光源制造工艺研究

4.1 工艺介绍

4.2 MEMS红外光源的制作

4.3 本章小结

第五章 MEMS红外光源性能测试

5.1 I-V特性测试

5.2 温度特性测试

5.3 相对光谱测试

5.4 辐射强度测试

5.5 电光转化效率计算

5.6 本章小结

第六章 总结及展望

6.1 论文总结

6.2 工作展望

参考文献

攻读硕士期间发表论文情况

致谢