光栅结构优化微测辐射热计性能的研究

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1、101672015130002论文题目：光栅结构优化微测辐射热计性能的研究StudyontheOptimizationDesignofMicrobolometerwithGratingStructure作者姓名：张金晶指导教师：吴元庆副教授专业名称：凝聚态物理研究方向：MEMS理论与设计学院年级：新能源学院2015级完成日期：2018年6月渤海大学研究生学院光栅结构优化微测辐射热计性能的研究[摘要]红外探测器应用广泛，微测辐射热计作为其核心部件，普遍存在红外吸收率低的问题，使红外探测器的探测率受到影响。本文以光学激励结构提升微测辐射热计的红外吸收率，进而实现器件性能的优化目的。本

2、文以表面等离激元为原理，重点研究光栅结构对红外微测辐射热计吸收效率的提升效果。以传统微测辐射热计为模型基础，结合红外辐射特性、光学特性、氧化钒材料特性等理论基础进行建模仿真。采用有限元法，分析讨论等离激元激发结构对基础模型的结构调整，以及对热学性能、光学性能、电学性能的影响。首先，建立红外测辐射热计仿真模型，利用热学仿真优化其模型结构,使器件的机械性能和热学性能达到平衡。其次，建立等离激元优化模型，对其等离激发结构进行参数调整和优化，逐步得到优化热吸收模型,证明光栅结构对微测辐射热计的性能提高具有明显作用。根据在吸收单元结构的位置不同，本文分层先后研究三处光栅结构的优化模型，利用

3、其光学仿真结果归纳三种光栅位置的作用及特点。最后，整合之前的模型数据，提出建立复合光栅优化模型，以一种多级光栅结构的仿真结果，进一步验证了光栅陷光结构的有效性和理论可行性。在本文研究的优化模型中，复合光栅较单级光栅进一步提升像元的红外吸收率，远超未加光栅基础模型的光学性能，在整个波段范围内的平均红外吸收率达35%以上。本文提出的模型可为后续研究做数据积累,为设计新型的红外测辐射热计提供设计思路。[关键词]微测辐射热计；等离激元；光栅；氧化钒；有限元ISTUDYONTHEOPTIMIZATIONDESIGNOFMICROBOLOMETERWITHGRATINGSTRUCTUREAB

4、STRACTInfrareddetectorsarewidelyused.Microbolometer,asthecorecomponentofinfrareddetector,hasageneralproblemoflowinfraredabsorbance,whichlimitthedetectionrateofthedevice.Inthispaper,theopticalexcitationstructureisusedtoimprovetheinfraredabsorptanceofmicrobolometer,andoptimizeitsdeviceperforman

5、ce.BasedontheprincipleofSPPs,inthispaper,theeffectofthegratingstructureontheinfraredabsorptionrateofmicrobolometerismainlystudied.Choosethepreviouslystudiedmicrobolometerasbasicstructure,andcombinedwithinfraredradiationcharacteristics,opticalproperties,materialpropertiesofvanadiumoxide,andoth

6、ertheoreticalbasisformodelingandsimulation.Toadjustthebasicmodeltoaplasmonelicitationstructure,thermal,optical,andelectricalpropertiesareanalyzedanddiscussedinfiniteelementmethod.Firsttoestablishaninfraredbolometersimulationmode,thethermalsimulationisusedtooptimizethemodelstructure,andbalance

7、themechanicalandthermalpropertiesofthedevice.Secondtoestablishaplasmonoptimizationmodel,toobtainanoptimizedmodelandverifyitssignificanteffectontheperformanceimprovementofmicrobolometer.Accordingtothegratingtype,whichlocatedindifferentlayerofc