随着时代的发展,在社会生活的各个领域中,红外成像技术都有了广泛的应用,不仅仅包括了传统的军事、医疗等区域,在新兴的定位系统、新能源、车载系统等领域,红外成像技术的应用也在与日俱增。特别是非制冷红外成像系统,人们将更多的目光和关注投入到它的高可靠性、低成本以及高性能上。本论文的研究重点在于非制冷红外成像技术上,其核心原理在于采用微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)传感器和光信号系统读出。并基于上述原理研发了,光-机械悬臂梁MEMS镂空氮化硅薄膜红外探测器,并通过MEMS技术手段,搭建了非制冷红外成像系统,取得了一系列技术领先的成像技术结果。主要成果如下列举:1、本论文的重中之重是红外芯片的器件制作,且在设计时采用了SiNx/Al双材料组合加工工艺,该种材料组合也是本论文的创新点和亮点。2、本文使用新的算法,设计了最新型自支撑无硅衬底和热隔离变形叠加的红外焦平面阵列(FPA),与此同时,对其进行了性能优化和热动力学建模。获取了新型FPA整体的、成套的优化方法和标准结构。通过与使用通常牺牲层机结构的MEMS红外传感器结构比较,该结构使探测器的辐射利用率有效的提高了一个层次,并且在制作工艺流程上进行了有效的优化和简化。基于上述理论,考虑到制作工艺的宽容度,对设计单元的像素尺寸为50um*50um、阵列个数为240*240。3、重新设计和开发了一系列用于单层氮化硅(SiNx)镂空薄膜悬臂梁FPA的标准制作流程和制作工艺。特别是控制盲元率、整体硅腐蚀工艺、低应力氮化硅膜(SiNx)的应力控制等关键技术重新开发并进行了深入系统的研究,制作了变形叠加热隔离FPA结构和基于自支撑无衬底结构的制作。本文的主要创新之处便在于此,使用新型工艺标准,使FPA阵列器件的盲元率控制在10%以下。4、使用了新的两种结构的FPA,和改进后的FPA光学读出方法,组件了使用MEMS技术的非制冷红外成像系统装置,采集了一系列室外物体、人体、集成电路板等一系列静态和动态热成像图像。采集到了FPA像素尺寸为50um*50um、阵列个数为240*240的芯片系统性能关键参考数据—噪声等效温度差(NETD)降低到了300mK,该类技术和成果已达到同期国内、国际的领先水平。