基于非晶硅的雙層微測輻射熱計(jì)可靠性研究.pdf

1、非制冷型微測輻射熱計(jì)具有功耗低、易攜帶及產(chǎn)量大等優(yōu)勢，在軍事和民用兩方面有著廣泛的發(fā)展前景。然而，傳統(tǒng)微測輻射熱計(jì)都是采用單層微橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，熱敏感層與紅外吸收層都在同一個(gè)層面內(nèi)，不利于器件性能的進(jìn)一步提升。本文以雙層微橋結(jié)構(gòu)非晶硅微測輻射熱計(jì)為研究對(duì)象，通過理論分析和仿真驗(yàn)證，探討了熱學(xué)及動(dòng)力學(xué)基本性能，并針對(duì)MEMS微機(jī)電系統(tǒng)封裝工藝，分析討論了在稀薄氣體環(huán)境下真空下降對(duì)器件性能的影響。最后，在大量仿真數(shù)據(jù)分析對(duì)比的基礎(chǔ)上，提出了一種

2、新型耐振動(dòng)沖擊的雙層微橋結(jié)構(gòu)非晶硅微測輻射熱計(jì)設(shè)計(jì)。
　　微橋結(jié)構(gòu)熱導(dǎo)值 G的大小隨著橋腿長度的減小以及橋腿寬度和厚度的增加而增加；熱時(shí)間常數(shù)τ與橋腿長度成正比而與橋腿寬度成反比，并且相同結(jié)構(gòu)尺寸的非晶硅微測輻射熱計(jì)的熱導(dǎo)值和熱時(shí)間常數(shù)值，都比氧化釩微測輻射熱計(jì)低。橋面結(jié)構(gòu)溫升?T正比于橋腿的長度而反比于其寬度和厚度。在相同的外界輻射條件下，非晶硅微測輻射熱計(jì)的溫升?T也比氧化釩器件的要高。
　　諧響應(yīng)分析結(jié)果表明，I型傘狀

3、雙層微橋結(jié)構(gòu)在經(jīng)受外界振動(dòng)激勵(lì)時(shí)，橋面是形變量最大的地方，而集中應(yīng)力最大的地方出現(xiàn)在熱敏感層橋面與橋腿的連接處。當(dāng)振動(dòng)頻率接近其共振頻率時(shí)，X、Y、Z三個(gè)方向都出現(xiàn)了共振，其中最大位移形變量達(dá)到了0.031μm。如此大的位移形變很容易使微橋結(jié)構(gòu)在振動(dòng)過程中發(fā)生撕裂、坍塌，導(dǎo)致紅外吸收層與熱敏感層或者襯底與熱敏感層發(fā)生永久性粘連而使探測器遭受損壞。
　　當(dāng)沖擊峰值加速度為1000 g、脈沖寬度為1 ms時(shí)，微橋結(jié)構(gòu)出現(xiàn)位移峰值的時(shí)刻

4、與脈沖波的峰值點(diǎn)在時(shí)間上有大約0.2 ms的時(shí)間延遲，最大位移形變值為0.59μm，熱敏感層與襯底之間的微腔厚度為1μm，如此大的振動(dòng)位移變形，很有可能會(huì)導(dǎo)致熱敏感層與襯底發(fā)生永久性沾粘。X方向振動(dòng)時(shí)的最大應(yīng)力為0.027 MPa，應(yīng)力集中在橋腿與橋面的連接處；Y方向振動(dòng)時(shí)的最大應(yīng)力為0.07 MPa，應(yīng)力集中在橋腿與橋面的連接處；Z方向振動(dòng)時(shí)的最大應(yīng)力比其它兩個(gè)方向大了一個(gè)數(shù)量級(jí)，高達(dá)0.11 MPa，且應(yīng)力集中在橋腿與橋面的連接處，

5、該應(yīng)力值已經(jīng)超過結(jié)構(gòu)處于張應(yīng)力狀態(tài)下的一階屈曲值，此時(shí)微橋?qū)?huì)處于非常不穩(wěn)定的狀態(tài)。
　　真空封裝作為MEMS器件加工的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，封裝后腔體的真空度對(duì)微型芯片結(jié)構(gòu)的可靠性有較大的影響。影響MEMS器件真空封裝好壞的因素有很多，如封裝工藝的缺陷、材料（比如粘接劑等化學(xué)用品）緩慢釋放以及封裝所用外殼的堅(jiān)固程度等。一旦密封腔體發(fā)生真空泄漏導(dǎo)致少量氣體混入其中，會(huì)使微橋結(jié)構(gòu)在經(jīng)受外界振動(dòng)和沖擊等激勵(lì)作用時(shí)承受更大的壓力。仿真研究表明，