| 题名 | 横向多晶硅p+p-n+结非制冷红外微测辐射热计焦平面的研制 |
| 作者 | 陈二柱 |
| 答辩日期 | 2005-05-10 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 梁平治 |
| 关键词 | 横向多晶硅p+p-n+结 微测辐射热计 读出电路 红外焦平面 |
| 学位专业 | 微电子学与固体电子学 |
| 英文摘要 | 非制冷红外微测辐射热计焦平面已有二十余年的研究历史，随着微机械加工技术的长足发展，国外的研究与发展已相当成熟，其规模和性能在不断提高，应用范围日益广泛。而国内在该领域的研究起步较晚，在某些关键工艺和技术上难以突破，目前尚未有焦平面研究成果的报道。为了研制低成本、大规模的焦平面器件，本研究设计了基于标准CMOS工艺、再辅以体硅微机械加工技术的研制思路，对横向多晶硅p+p-n+结微测辐射热计焦平面的相关技术进行了探索性的研究。首先，从理论上分析了横向多晶硅p+p-n+结微测辐射热计的电学和热学性能，并且系统、详细地研究了横向多晶硅p+p-n+结的温度特性，通过实验，在室温附近，测得其正向压降的温度变化率约为-1.5mV/K，与理论计算结果基本吻合，而且进一步表明应用CMOS工艺加工的横向多晶硅p+p-n+结可以作为温度传感器的测温元件。其次，基于标准CMOS工艺，合理地利用其工艺流程，再结合与CMOS工艺相兼容的湿法腐蚀工艺，设计并研制出不同膜系和不同支撑臂结构的微桥形式的热绝缘结构，探索出一条低成本的微测辐射热计加工工艺，这种新颖的设计方案对研制低成本、大规模的微机械器件有一定的参考价值。通过不同结构微测辐射热计的性能测试与比较，由栅氧化层作为底层、SiNx钝化层为表层的膜系结构的探测器有较理想的性能，在室温21℃下，其黑体探测率D*达1.58×108( cm.Hz1/2/W)。另外，基于研制成功的微测辐射热计单元，分别采用了栅调制积分器、差分放大器和开关电容电压放大器的读出电路结构，设计并研制了128×128面阵和1×128线列焦平面，为这类微测辐射热计焦平面探索了不同读出电路的设计方案。实验结果表明，结构简单、低功耗、而增益不均匀的栅调制积分电路适合于大规模焦平面的信号读出；而结构复杂、功耗大、但增益均匀的开关电容电压放大器是小规模焦平面读出电路的较佳选择，但在版图布线时要尽量减小地线上电压降，以免造成输出暗信号的倾斜现象。在采用行读出模式的焦平面读出电路结构中，由于不同微测辐射热计和恒流源间存在相当程度的不均匀性，而输出摆幅小、增益大的差分放大器不适合于该类焦平面的信号读出与处理。再者，在室温下，试制出的128×128微测辐射热计焦平面平均探测率D*达1.15×108 cm.Hz1/2/W，接近于单元器件的探测率D*。 |
| 学科主题 | 红外探测材料与器件 |
| 公开日期 | 2012-07-11 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/4270]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_上海技物所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 陈二柱. 横向多晶硅p+p-n+结非制冷红外微测辐射热计焦平面的研制[D]. 中国科学院研究生院. 2005. |
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