面向MEMS非制冷紅外探測器的多孔硅絕熱層及力學(xué)性能研究.pdf

1、基于熱敏電阻的非制冷紅外微測輻射熱計是目前主流的低成本非制冷紅外熱探測器之一，近年來越來越受到各國研究者的關(guān)注。本論文從非制冷紅外微測輻射熱計用材料性能研究和器件微結(jié)構(gòu)設(shè)計兩方面進(jìn)行研究，希望從這兩方面改進(jìn)以實(shí)現(xiàn)器件性能的提升。
　　 論文分析了絕熱結(jié)構(gòu)的重要性和目前微器件中絕熱結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，設(shè)計了非制冷紅外微測輻射熱計的工藝流程，提出了將多孔硅作為絕熱層的新思路，利用L-EDIT軟件設(shè)計了工藝流程和版圖，制作了4塊2.5寸光刻版

2、并進(jìn)行工藝實(shí)施。同時，研究了多孔硅的實(shí)驗(yàn)制備條件對其微觀結(jié)構(gòu)影響；分析了多孔硅的微觀結(jié)構(gòu)和絕熱性能的關(guān)系，對比了不同孔隙率多孔硅的力學(xué)性能以及多孔硅基和硅基氧化釩薄膜的力學(xué)性能。
　　 實(shí)驗(yàn)采用電化學(xué)腐蝕制備絕熱層材料多孔硅，采用超高真空對靶磁控濺射鍍膜法在多孔硅樣品表面和硅基底表面沉積氧化釩薄膜。利用場致發(fā)射掃描式電子顯微鏡(FESEM)觀測多孔硅的二維微觀形貌，利用納米輪廓掃描儀組件(NP)得到其三維拓?fù)浞治鰣D像；利用顯微拉

3、曼光譜法測量熱導(dǎo)率；利用MTS Nano Indenter XP納米壓入測量儀測量多孔硅及氧化釩薄膜的顯微硬度和楊氏模量。
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)孔隙率為50％、55％、65％的多孔硅樣品的熱導(dǎo)率分別為8.16/W/mK，7.28/W/mK，0.624/W/mK，其數(shù)值隨著孔隙率的增大而減小；測得多孔硅的平均硬度、平均楊氏模量分別在0.478GPa～1.171GPa和10.912GPa～17.15GPa范圍內(nèi)，其數(shù)值隨腐蝕電流密度的