【摘 要】
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采用微机械系统（MEMS）技术制造的红外光源具有体积小、辐射效率高、辐射光谱范围广和电可调制等特点,被广泛应用在以非色散红外气体传感器为代表的各种红外系统中。然而现有红外光源具有辐射强度低、辐射效率低的缺点。不利于对气体成分进行精准测量,且测量波段范围较窄。针对以上问题,本文设计了一种新型结构的MEMS红外光源。红外光源以硅为基底,Pt/Ti层为加热单元和测温单元,加热单元为圆环状串联电阻结构,改
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采用微机械系统（MEMS）技术制造的红外光源具有体积小、辐射效率高、辐射光谱范围广和电可调制等特点,被广泛应用在以非色散红外气体传感器为代表的各种红外系统中。然而现有红外光源具有辐射强度低、辐射效率低的缺点。不利于对气体成分进行精准测量,且测量波段范围较窄。针对以上问题,本文设计了一种新型结构的MEMS红外光源。红外光源以硅为基底,Pt/Ti层为加热单元和测温单元,加热单元为圆环状串联电阻结构,改善了电阻丝的热稳定性。光源采用三梁固支悬浮薄膜结构,相对于传统的桥式、四端梁悬膜结构,有效地降低了辐射区热量向基底的传导。在玻璃衬底溅射Al作为反射层,并与硅结构层进行阳极键合,使红外光有效的向正面发射并通过悬膜射出,提高红外光利用率。利用Solidworks软件建立三维模型,通过ANSYS有限元仿真软件进行分析。结果表明在5 V的输入电压下,辐射区平均温度达到了700℃,辐射效率达到33.45%。为了增强辐射效率,在电阻上制备了微纳结构辐射层,通过COMSOL软件进行光学仿真,采用微纳结构的红外光源吸收率在实验波段明显提高。为了便于对红外光源进行调制,设计了基于FPGA和DDS合成技术的红外光源的可调制驱动电路。本文采用预释放的工艺方法,利用干法刻蚀工艺在芯片正面刻蚀出阵列小孔,利用深反应离子刻蚀工艺刻蚀背腔,解决了硅基释放不完全导致的热传导过大问题。最后根据MEMS制造规范,设计了MEMS红外光源的工艺流程。
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