基于非晶硅薄膜的微测辐射热计光学仿真和优化

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1、第34卷第6期红外技术Vol.34No.62012年6月InfraredTechnologyJune2012〈材料与器件〉基于非晶硅薄膜的微测辐射热计光学仿真和优化12112何敏，李伟，李雨励，孙言，蒋亚东（1.电子科技大学光电信息学院，四川成都610054；2.电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室，四川成都610054）摘要：基于非晶硅薄膜的非制冷微测辐射热计具有结构简单、易于大规模集成、工艺兼容以及良好探测性能等特点，在红外探测领域等受到关注。引入氮化钛薄膜作为新型红外吸收材料，通过光学导纳矩阵法，对基于非晶硅薄膜

2、的微测辐射热计的红外吸收特性，进行了仿真和优化研究。结果表明，非晶硅微测辐射热计中，氮化钛/非晶硅复合薄膜具有良好的红外吸收性能。当非晶硅薄膜厚度为120nm时，由氮化钛/非晶硅组成的膜系在8～14μm范围内具有96%左右的红外吸收率，其中氮化钛薄膜的最佳吸收厚度为32nm。关键词：非晶硅；氮化钛；微测辐射热计；光学仿真中图分类号：TN215文献标识码：A文章编号：1001-8891(2012)06-0319-07OpticalOptimizationandSimulationofMicro-bolometersBasedon

3、α-Si:HThinFilm12112HEMin，LIWei，LIYu-li，SUNYan，JIANGYa-dong(1.SchoolofOptoelectronicInformation,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina,Chengdu610054,China;2.StateKeyLaboratoryofElectronicThinFilms&IntegratedDevices,UniversityofElectronicScienceandTechnolog

4、yofChina,Chengdu610054,China)Abstract：Uncooledmicro-bolometerbasedonhydrogenatedamorphoussilicon(α-Si:H)thinfilmhasattractedmanyattentionsintheinfrared(IR)fieldofcivilianandmilitaryapplicationsduetoitssimplecell-structure,goodcompatibilityforlargescaleintegrationand

5、effectivedetection.Inthispaper,webringintitaniumnitrideasanovelinfraredabsorptionmaterialandcarryoutsomeopticalsimulationandoptimizationontheinfraredabsorbingperformanceofmicro-bolometersbasedonα-Si:Hthinfilm.Theresultsshowthatwhenthea-Si:Hthinfilmistakenas120nmthic

6、k,thecombinedthinfilmlayerconsistingofTiNandα-Si:Hhasahighinfraredabsorptionashighas96%inthewavelengthfrom8μmto14μm,inwhichthebestthicknessofTiNthinfilmis32nm.Keywords：α-Si:H，micro-bolometer，TiN，opticalsimulation微测辐射热计的工作原理是，目标温度变化引0引言起探测器敏感薄膜电学性质变化，通过读出电路对微测辐射热计非制冷

7、红外探测器具有常温工电学性质变化进行检测，最终实现对目标的探测。作、低功耗、易集成以及良好稳定性等特点，在军微测辐射热计常用的敏感薄膜材料主要有金属与半民领域已经显示出了巨大的市场潜力。自从美国霍导体，其中金属薄膜材料主要有钛和镍钴锰合金等，尼韦尔公司在上个世纪90年代率先开发出微测辐半导体薄膜主要采用氧化钒与非晶硅。氧化钒薄膜射热计非制冷红外探测器原型以来，经过20多年的材料的沉积技术成熟，噪声也较低。目前，美国BAE发展，目前已成为非制冷红外探测领域重要的研究公司和DRS公司正在研究的1024×1024元、像元尺[1]对象

8、。寸15μm、噪声等效温差NETD为50mK左右的大规收稿日期：2012-04-06；修订日期：2012-05-21.作者简介：何敏(1986-)，男，四川人，电子科技大学在读研究生。主要从事红外焦平面器件结构设计、可靠性研究工作。319第34卷第6期红外技术Vol.34No