基于CMOS工艺钨微测辐射热计阵列集成芯片的设计与制作.pdf

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1、第27卷第6期传感技术学报V0l_27No．6CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSJune20142014年6月TheDesignandFabricationofaTungstenMicrobolometerArrayIntegratedChipinaStandardCMOSProcessSHENNing，YUJun，TANGZhen’an(CollegeofElectronicScienceandTechnology，DalianUniversityofTechnology，DalianLiaoning116023，China)Abstr

2、act：Thispaperintroducestheimplementationofalow—cost4x4uncooledinfraredtungstenmicrobolometerarrayintegratedchipinastandard0．5LLmCMOStechnologyandmicromachiningprocesses．Eachtungstenmi—crobolometerinthearrayconsistsofamicro．bridgestructureandaTungstenthermistor．CMOSreadoutcircuitiSin．tegrat

3、edunderthearray．Themicro-bridgestructurecanbecreatedbyetchingthesurfacesacrificiallayeraftertheCMOSfabrication，withoutanyadditionallithographyprocedure．Themicrobolometerhasasizeof100txmx100txmandafillfactorof20％．Measurementsshowtheeffectivethermalconductanceof1．31X10I4W／K．thethermaltimecon

4、stantof1．33msandtheeffectivethermalmassof1．74x10～J／Kinvacuumenvironment．Theresponsivityofthemicrobolometerisabout1．91xl0V／Wat10Hzandthecalculateddetectivityis1．88x10am·Hz／W．Keywords：CMOSinfrareddetectors；tungstenmicrobolometer；thesurfacesacrificiallayertechnology；low—costinfrareddetectors；

5、infraredfocalplanearaysEEACC：7230doi：10．3969／j．issn．1004—1699．2014．06．004基于CMOS工艺钨微测辐射热计阵列集成芯片的设计与制作术申宁，余隽，唐祯安(大连理工大学电子科学与技术学院，辽宁大连116023)摘要：采用o．5m标准CMOS工艺和微机械加工工艺，设计并制作了低成本4x4钨微测辐射热计阵列集成芯片。阵列中每个钨微测辐射热计均由微悬桥结构和钨热敏电阻组成，CMOS读出电路集成在阵列下方。微悬桥结构由表面牺牲层技术实现，不需要任何的光刻工艺。钨微测辐射热计像元尺寸为100m×100m，填充因子为20

6、％。测试结果表明，在真空环境下，钨微测辐射热计等效热导为1．31×10一W／K，等效热容为1．74xl0～J／K，热时间常数为1．33ms。当红外光源的斩波频率为1OHz时，钨微测辐射热计的电压响应率为1．91×10v／w，探测率为1．88x10cm·Hz／w。关键词：CMOS红外探测器；钨微测辐射热计；表面牺牲层技术；低成本红外探测器；红外焦平面阵列中图分类号：TN215文献标识码：A文章编号：1004—1699(2014)06—0725—05近年来，红外探测技术发展非常迅速，被广泛应并且同标准CMOS工艺兼容是获得低成本探测器的用于军事和民用领域。红外探测器可划分为光子

7、红最主要途径。外探测器和非制冷热红外探测器。和光子红外探测微悬桥结构和温度敏感机理是低成本非制冷热器相比，非制冷热红外探测器具有成本低、体积小、红外探测器两个核心部分。一方面，利用CMOS工低功耗和波谱响应范围广等优点。随着微机电系统艺和MEMS工艺，大量的微悬桥结构得以实现和报(MEMS)的发展，非制冷热红外探测技术逐渐走向道。最常用的方法有表面刻蚀体硅技术¨]、背面成熟，而成本因素也逐渐成为其在民用和商用领域刻蚀体硅技术3]和表面牺牲层技术]。其中，表应用的主要限制因素。因此，低成本非制冷热红外面刻蚀体硅技术和