Неохлаждаемый микроболометрический многоэлементный приемник инфракрасного излучения

• Автор: Зеров, Владимир Юрьевич
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 141 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Термочувствительные материалы и конструктивные особенности элементов неохлаждаемых микроболометрических матриц.
1.1. Основные характеристики и требования к термочувствительному слою микроболометра
1.2. Пленки окислов ванадия.
1.3. Пленки аморфного и поликристаллического кремния, германия и их соединений.
1.4. Пленки полупроводникового аморфного У-Ва-Си-О
1.5. Пленки манганитов
1.6. Пленки титана
1.7. Выводы
Глава 2. Сравнительные исследования сэндвичных и плоскостных микроболометрических структур
2.1. Сэндвичные структуры на основе пленок аБгН
2.2. Плоскостные структуры на основе УОх пленок
2.3. Оптические характеристики структур
2.4. Выводы
Глава 3. Особенности использования пленок УОх в качестве термочувствительного слоя болометра.
3.1. Работа УОх болометра в интервале температур, включающем фазовый переход
3.1.1. Устройство болометра
3.1.2. Зависимость чувствительности от температуры
3.1.3. Исследование шума
3.2. Зависимость болометрических свойств УОх пленок от состава и структуры
3.3. Выводы

Глава 4. Разработка микроболометрической линейки
4.1. Расчетное моделирование основных характеристик микроболометрической линейки
4.1.1 Расчет теплофизических параметров
4.1.2 Моделирование условий достижения максимальной вольтовой чувствительности и обнаружительной способности
4.1.3 Моделирование условий получения минимальной NETD прибора, использующего МБЛ
4.1.4. Выводы
4.2. Топология, структура и технология изготовления МБЛ
4.3. Исследование характеристик микроболометров
4.4. Возможные пути улучшения характеристик микроболометров
4.5. Исследование временной стабильности характеристик микроболометров
4.6. Влияние давления окружающего воздуха на вольтовую чувствительность микроболометра
4.7. Результаты Заключение
Список публикаций автора
Литература
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Одной из тенденций развития современных многоэлементных ИК приемников излучения, наряду с повышением их чувствительности, является снижение их стоимости, весо-габаритных параметров и энергопотребления. Это связано с расширением сферы применения тепловизионных и других И К приборов в промышленности, для экологического мониторинга, на транспорте, в охранных системах, в медицине и др. За рубежом активно проводятся разработки таких приборов на основе неохлаждаемых микроболометрических одномерных и двумерных матриц. Появление высокочувствительных неохлаждаемых многоэлементных инфракрасных приемников излучения расценивается специалистами как наиболее значительное достижение ИК-техники за последние четверть века [1-4].
Эти приемники по чувствительности в средней ИК области приближаются к криогенным фотонным многоэлементным приемникам и выгодно отличаются от них неселективностью в широком спектральном интервале и значительно меньшей стоимостью, вследствие применения более дешевых материалов и совместимости технологии их изготовления с процессами современной технологии кремниевых интегральных микросхем. Это дает возможность изготавливать массивы чувствительных элементов и считывающую электронику на одной базовой кремниевой подложке. К основным преимуществам, отличающим ИК приборы на основе неохлаждаемых микроболометрических многоэлементных приемников, помимо отсутствия системы криогенного охлаждения, относится возможность работы без модуляции регистрируемого потока излучения.
Отмеченное выше позволяет создавать на основе микроболометрических приемников инфракрасные приборы, имеющие малые габариты, вес, энергопотребление и стоимость в 10-100 раз меньшую, чем у приборов на основе криогенных фотонных приемников ИК излучения. Это открывает возможность использование таких приборов не только для решения оборонных задач, но и во многих гражданских применениях [5, 6].

показали, что при ЛТщах вплоть до 100°С заметного их изменения не происходит.
Титан, как металл, имеет малое удельное сопротивление, что может вызвать затруднение при согласовании низкоомного чувствительного элемента со считывающей электроникой. Эта проблема решается изготовлением термочувствительного слоя в виде меандра и уменьшением его толщины до 50 нм [63], в результате чего получают микроболометры с сопротивлением до 10 кОм.
Поглощение падающего ИК излучение осуществляется пленкой 5102, напыляемой поверх [62], либо и под и над пленкой титана [63]. При изготовлении таких многослойных структур, в них могут возникать механические напряжения, которые снимают отжигом и компенсируют выбором конфигурации "П-меандра и поддерживающих ножек [62].
По оценке авторов статьи [63] обнаружительная способность микроболометра на основе пленки П может достигнуть величины £>* = 2,4хЮ9 см Гц1/2/Вт. Несмотря на малые величины ТКС и удельного сопротивления и сопряженные с этим трудности конструктивного и эксплуатационного (в частности, большие напряжения на входных элементах считывающей электроники) характера, пленки титана являются перспективным материалом для термочувствительного слоя МБМ.
1.7. Выводы
Рассмотренные тонкопленочные материалы по основным характеристикам (см. Таблицу 1) в той или иной мере удовлетворяют требованиям, предъявляемым к термочувствительному слою неохлаждаемого микроболометра. Необходимой величиной ТКС>2%/К при комнатных температурах обладает ряд материалов - а-БъН, а-Бц У-Ва-Си-О, УОх, имеющих удельное сопротивление от 1 до Ю4Ом см. Применение в МБМ материалов из этого ряда предполагает правильный выбор структуры чувствительного элемента микроболометра (плоскостной,