基于非晶硅薄膜的紅外吸收層膜系設(shè)計、仿真與實驗研究.pdf

1、非晶硅(a-Si)薄膜由于具有良好的紅外吸收性能、與標(biāo)準(zhǔn)硅集成電路兼容性好、能實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點，而成為微測輻射熱計研究的熱點之一。在微測輻射熱計的制備中采用非晶硅薄膜作熱敏層，可以采用自支撐結(jié)構(gòu)而省去氮化硅(Si3N4)等支撐層，簡化制備工藝。此外，非晶硅薄膜還具有較小的熱導(dǎo)率和優(yōu)良的熱絕緣性能，因而可采用短橋腿和后橋腿設(shè)計，提高微橋結(jié)構(gòu)的占空比及機(jī)械強(qiáng)度，可承受高強(qiáng)度的振動及沖擊。
　　本文簡要介紹了基于非晶硅薄膜的微測輻射

2、熱計的微橋結(jié)構(gòu)、工作原理及主要性能，重點采用Matlab軟件對微橋熱敏面的光學(xué)吸收性能進(jìn)行了設(shè)計、仿真和優(yōu)化。具體方法是從單層膜系仿真向多層膜系仿真發(fā)展，從薄膜的吸收層仿真過渡到整體器件的仿真，最終從理論上得到最佳和優(yōu)化的設(shè)計方案。
　　進(jìn)行仿真實驗時，主要選取了氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、氧化鈦(TiO2)及氮化鈦(TiN)四種紅外吸收材料。仿真研究表明，TiN是一種非常適合用于增強(qiáng)微橋熱敏面紅外吸收的薄膜材料；當(dāng)

3、微橋結(jié)構(gòu)的各部分取恰當(dāng)?shù)膮?shù)值時，在8～14μm波長范圍內(nèi)，多層薄膜的紅外吸收率可以達(dá)到90％以上。這一結(jié)果對實際微橋制備和應(yīng)用具有積極的指導(dǎo)意義。
　　在仿真的基礎(chǔ)上，我們分別制備了Si3N4、TiO2及TiN薄膜，用傅里葉變換紅外吸收光譜方法研究了不同薄膜的紅外吸收率情況，并與仿真結(jié)果進(jìn)行對比研究，發(fā)現(xiàn)紅外吸收實測結(jié)果與仿真結(jié)果基本一致，從而在一定程度上驗證了仿真結(jié)果的正確性。同時，也發(fā)現(xiàn)實驗研究與仿真研究之間存在著一定的偏差