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1、動(dòng)態(tài)紅外場(chǎng)景產(chǎn)生器是紅外硬件閉環(huán)(Hardware-in-the-Loop: HWIL)仿真系統(tǒng)的核心組件。在眾多發(fā)展起來(lái)的紅外場(chǎng)景產(chǎn)生技術(shù)中,基于電阻發(fā)熱產(chǎn)生紅外輻射的電阻陣列技術(shù)由于具有低功耗、大溫度范圍、高分辨率、高占空比等優(yōu)點(diǎn),已成為目前該領(lǐng)域最具發(fā)展前景的技術(shù)之一。陣列單元的絕熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及器件的微細(xì)加工工藝是研制電阻陣列紅外場(chǎng)景產(chǎn)生器的核心問(wèn)題。
本論文針對(duì)動(dòng)態(tài)紅外場(chǎng)景產(chǎn)生器的性能要求,對(duì)電阻陣列的單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化
2、設(shè)計(jì),并研究了器件的微細(xì)加工工藝,主要內(nèi)容和結(jié)果如下:
1.采用ANSYS有限元分析軟件優(yōu)化單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。建立了基于聚酰亞胺絕熱層的薄膜結(jié)構(gòu)電阻陣列紅外場(chǎng)景產(chǎn)生器的單元模型,以模型熱傳遞機(jī)理分析中得到的單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則為基礎(chǔ),利用ANSYS軟件對(duì)器件單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),得出最優(yōu)設(shè)計(jì)的聚酰亞胺絕熱層厚度為3μm。對(duì)最優(yōu)設(shè)計(jì)下陣列單元的ANSYS仿真結(jié)果表明:當(dāng)單元加載功率為100mW時(shí),相鄰單元間的熱串?dāng)_不超過(guò)10%,單元表
3、面溫度的上升時(shí)間小于0.5ms,下降時(shí)間約為1ms,陣列幀頻最高可達(dá)500Hz。
2.優(yōu)化聚酰亞胺薄膜的制備與濕法腐蝕工藝。研究表明,采用基片預(yù)處理工藝能夠改善聚酰亞胺的成膜質(zhì)量;聚酰亞胺的成膜厚度取決于聚酰胺酸(PAA)的粘度及旋涂轉(zhuǎn)速;聚酰亞胺濕法腐蝕圖形的質(zhì)量受聚酰亞胺的預(yù)固化工藝條件和腐蝕液濃度影響。通過(guò)優(yōu)化聚酰亞胺薄膜的制備與濕法腐蝕工藝,在Si(100)襯底上成功制備出厚度為3μm的高質(zhì)量聚酰亞胺薄膜絕熱島陣列圖形
4、。
3.采用微細(xì)加工技術(shù)研制2×16薄膜結(jié)構(gòu)電阻陣列紅外場(chǎng)景產(chǎn)生器。選用NiCr合金作為單元微輻射電阻材料,優(yōu)化直流磁控濺射工藝控制 NiCr薄膜的方阻為200Ω/□,通過(guò)設(shè)計(jì)不同方數(shù)的電阻圖形,成功研制出了包含5kΩ、10kΩ和20kΩ三種阻值單元的2×16電阻陣列器件。陣列單元尺寸為170μm×170μm,單元間距為20μm。
4.器件在紅外熱像儀下測(cè)試的結(jié)果表明:在室溫非真空環(huán)境下,器件表面等效黑體輻射溫度范圍
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