電阻陣列紅外場景產生器的仿真設計與微細加工工藝研究.pdf

1、動態(tài)紅外場景產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)展起來的紅外場景產生技術中，基于電阻發(fā)熱產生紅外輻射的電阻陣列技術由于具有低功耗、大溫度范圍、高分辨率、高占空比等優(yōu)點，已成為目前該領域最具發(fā)展前景的技術之一。陣列單元的絕熱結構設計以及器件的微細加工工藝是研制電阻陣列紅外場景產生器的核心問題。
　　本論文針對動態(tài)紅外場景產生器的性能要求，對電阻陣列的單元結構進行優(yōu)化

2、設計，并研究了器件的微細加工工藝，主要內容和結果如下：
　　1．采用ANSYS有限元分析軟件優(yōu)化單元結構設計。建立了基于聚酰亞胺絕熱層的薄膜結構電阻陣列紅外場景產生器的單元模型，以模型熱傳遞機理分析中得到的單元結構設計原則為基礎，利用ANSYS軟件對器件單元結構進行了優(yōu)化設計，得出最優(yōu)設計的聚酰亞胺絕熱層厚度為3μm。對最優(yōu)設計下陣列單元的ANSYS仿真結果表明：當單元加載功率為100mW時，相鄰單元間的熱串擾不超過10％，單元表

3、面溫度的上升時間小于0.5ms，下降時間約為1ms，陣列幀頻最高可達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，采用基片預處理工藝能夠改善聚酰亞胺的成膜質量；聚酰亞胺的成膜厚度取決于聚酰胺酸（PAA）的粘度及旋涂轉速；聚酰亞胺濕法腐蝕圖形的質量受聚酰亞胺的預固化工藝條件和腐蝕液濃度影響。通過優(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的高質量聚酰亞胺薄膜絕熱島陣列圖形

4、。
　　3．采用微細加工技術研制2×16薄膜結構電阻陣列紅外場景產生器。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/□，通過設計不同方數(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試的結果表明：在室溫非真空環(huán)境下，器件表面等效黑體輻射溫度范圍