悬浮吸收层的MEMS热电堆红外传感器的结构设计及制备方法研究

【摘要】红外传感器是一种基于红外辐射导致半导体材料产生物理特性变化的传感器，是物联网技术发展的关键点之一。随着红外传感器越来越深入的应用到民用和军事领域，热电堆红外传感器以其无需斩波器、体积小、无需制冷装置、低成本、低噪声等优点，吸引了越来越多的学者对其进行研究。同时，诸多研究集中于实现红外传感器小型化、集成化、低功耗化的目标，取得了令人瞩目的成绩，但是研究过程中产生了诸如工艺兼容性差，能效低等问题，始终是困扰研究人员的重要问题。本文针对上述问题，设计了一种悬浮吸收层的热电堆红外传感器，并且采用一维导热模型对热电堆红外传感器进行尺寸优化，对工艺进行合理优化后，实现了其与标准CMOS工艺的高度兼容性，得到一种小体积、高能效、低噪声的热电堆红外传感器结构设计和制备方法。本文的研究重点是：（1）理论计算方法：基于塞贝克系数的修正算法，建立一维热平衡模型，对器件性能进行优化计算，确定最佳尺寸模型。（2）结构设计方法：为实现低成本和高能效的目标，采用聚酰亚胺材料作为牺牲层，优化刻蚀条件实现其进行选择性刻蚀后，淀积吸收层薄膜，仅热电偶热端和吸收层接触，其他吸收层部分悬浮于热电偶之上。同时为了克服正面释放采用SOI结构，避免隔离槽刻蚀工艺和填充工艺的复杂性，将热电偶的热端置于器件对称轴上，从两侧的冷端开正面窗口对器件进行SF6释放。（3）另外针对传统介质材料吸收率差和金属黑化材料的工艺兼容性差问题，开展了关于热电堆红外传感器吸收层的纳米结构的制备方法研究和红外吸收率测试。综上，本文通过对已有热电堆红外传感器产品进行对比研究，设计了悬浮吸收层的热电堆红外传感器结构，并对其工艺流程中的关键步骤进行裂片后并借助电子显微镜观察。通过分析测试结果，验证了设计中的工艺方法的高度兼容性和结构的稳定性。通过开展聚酰亚胺牺牲层结构干法刻蚀实验以及其释放实验，以及吸收层纳米结构化的探索性研究，成功得出悬浮吸收层结构的热电堆红外传感器制备流程。
【作者】陈媛婧；
【导师】谭秋林；
【作者基本信息】中北大学，电路与系统，2014，硕士
【关键词】热电堆；聚酰亚胺；MEMS；CMOS兼容；纳米结构；悬浮结构；

【参考文献】
[1]曹丽娇.确认不侵犯知识产权诉讼研究[D].西南政法大学,知识产权法学,2012,硕士.
[2]顾莺.学生政治及其对政治发展的影响[D].复旦大学,马克思主义理论与思想政治教育,2011,博士.
[3]章婷婷.异域体验与文化想象[D].广东技术师范学院,中国现当代文学,2013,硕士.
[4]熊彦清.锥度微钻加工设备的伺服控制技术的研究[D].哈尔滨工业大学,电气工程,2013,硕士.
[5]汪浩,于凌飞,陈立同,王超,贺金生.青藏高原海北高寒湿地土壤呼吸对水位降低和氮添加的响应[J].植物生态学报,2014,06:619-625.
[6]张娜1,2,方志耕1,朱建军1.基于Orness测度约束的多阶段灰色局势群决策模型[J].控制与决策.
[7]冯冬冬.生物质热解焦炭理化特性的研究[D].哈尔滨工业大学,动力工程,2014,硕士.
[8]曾振平,陈增强,袁著祉.确保鲁棒性能的PID控制器参数域的一种确定方法[J].控制与决策,2005,04:382-387.
[9]耿端阳.免耕栽植机关键部件及控制系统开发研究[D].中国农业大学,2003.
[10]陈赟.高电导率岩土介质介电常数及含水量TDR测试研究[D].浙江大学,2011.
[11]陈振国.基于智能计算的入侵检测方法研究[D].西安电子科技大学,2005.
[12]陈涛,杨守斌,邸琬茗,王小琴,宁文生.还原温度对Co/ZnO催化剂的F-T合成反应性能影响[J].工业催化,2012,11:6-8.
[13]梁永琴.试论邓小平新时期统一战线理论及现实指导意义[D].南京航空航天大学,马克思主义理论与思想政治教育,2004,硕士.
[14]邱何娟.保险人明确说明义务研究[D].厦门大学,法律,2014,硕士.
[15]赵璘.山东省篮球后备力量储备与培养的研究[D].山东体育学院,运动训练,2011,硕士.
[16]张珹.脉冲感应型高速牵引系统的初步研究[D].西南交通大学,车辆工程,2014,硕士.
[17]王怀亮.基于DICOM标准的扫描处理系统的设计与实现[D].西安电子科技大学,计算机系统结构,2004,硕士.
[18]裔婷婷.动物丝蛋白/SWNTs复合纳米纤维的结构与性能[D].苏州大学,纺织工程,2012,硕士.
[19]张志勇.规模化和农户葡萄园施肥与养分循环、平衡的研究[D].河北农业大学,植物营养学,2004,硕士.
[20]管倩.大花蕙兰根系诱导原球茎及壮苗技术研究[D].江西农业大学,园林植物与观赏园艺,2012,硕士.
[21]王海芳.不同含漱液预防活动期红斑狼疮患者口腔及肺部感染的临床研究[D].山西医科大学,护理学,2013,硕士.
[22]邹辉,倪祥,彭盛霖,欧阳俊,陈羽,欧阳方平.石墨烯基生物分子传感器件的第一性原理研究[J].物理化学学报,2013,02:250-254.
[23]王智灵,陈宗海,徐萧萧,吴亮.基于蛙眼视觉特性的运动目标模糊化区域理解跟踪方法[J].自动化学报,2009,08:1048-1054.
[24]熊运余,游志胜,余静.基于SWMVR的视频考勤系统应用研究[J].计算机应用研究,2005,11:255-257.
[25]工信部运行监测协调局.2013年电子信息产业统计公报[N].中国电子报,2014-03-04001.
[26]李政道.基于系统动力学的设计阶段建筑废弃物减量化效果评估[D].深圳大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[27]王晶,徐爱亲,翁国庆,沈月月.动态电压恢复器控制策略研究综述[J].电力系统保护与控制,2010,01:145-151.
[28]马占飞,杨树英,郭广丰.一种快速的基于BM模式匹配的改进算法[J].控制与决策,2013,12:1855-1858+1863.
[29]刘敏.维译汉笔译误译的分析与研究[D].新疆师范大学,中国少数民族语言文学,2013,硕士.
[30]董波.基于稀疏表示的序列图像配准算法研究[D].大连海事大学,电子与通信工程,2013,硕士.
[31]庄玉林.基于电力行业数据大集中的电网生产管理监管系统[D].厦门大学,2005.
[32]贾文龙.天然气液烃输送管网仿真理论与技术研究[D].西南石油大学,油气储运工程,2014,博士.
[33]谭顺丹.冷冻法生产大豆蛋白的工艺及性质影响研究[D].东北农业大学,农产品加工及贮藏工程,2013,硕士.
[34]杜蓓蓓.基于RSVP的移动IPv6服务质量研究[D].天津大学,通信与信息系统,2004,硕士.
[35]刘蕾.公共部门的员工绩效考核体系设计[D].内蒙古大学,工商管理,2013,硕士.
[36]雷小燕.基于ARM的动力电池管理系统设计[D].湖北工业大学,控制工程（专业学位）,2013,硕士.
[37]房媛媛.LED驱动拓扑中传导干扰建模研究[D].杭州电子科技大学,电路与系统,2014,硕士.
[38]李伟坚.我国海事人员职业道德制度化建设研究[D].大连海事大学,公共管理,2012,硕士.
[39]杨彬.益肾助阳活血化浊法治疗多囊卵巢综合征的临床疗效观察[D].北京中医药大学,中医学,2014,硕士.
[40]高万斌.图书馆数字化信息的安全保障策略研究[D].浙江工业大学,计算机技术,2012,硕士.
[41]周晓梅.英语时政新闻中前景化语言特征的文体分析[D].西南交通大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[42]朱博.论董事违反勤勉义务的赔偿责任[D].河北经贸大学,经济法学,2012,硕士.
[43]刘军.基于智能控制技术输油泵系统控制研究[D].西安理工大学,2006.
[44]朱绍文,熊伟,张大斌,肖毅,陈绪君.不完整数据库中关联规则的评估[J].计算机工程,2001,11:39-41.
[45]陈晓丽.聚乙烯亚胺包被的四氧化三铁磁性纳米颗粒对SHI-1细胞生物学特性的影响及体内初步成像[D].苏州大学,内科学,2013,硕士.
[46]林桢.福建省家具出口发展研究[D].福建农林大学,林业,2012,硕士.
[47]杨盼盼.股权出资法律问题研究[D].北京化工大学,民商法学,2013,硕士.
[48]刘子涵.中日友好医院平衡计分卡绩效评价指标体系的构建与运用[D].内蒙古大学,会计,2014,硕士.
[49]张顺兴.油田注水密闭工艺流程的探讨[J].油田地面工程.1991(05)
[50]刘超然.桥式起重机网络化协同设计系统研究与开发[D].中北大学,机械制造及其自动化,2014,硕士.