基于聚硅锗的无冷却微热像仪红外探测器

"这篇论文介绍了一种基于多晶硅锗微热像仪红外探测器，其活动元件采用多晶硅锗热敏电阻。通过超真空化学气相沉积（UHV/CVD）技术制备了多晶硅锗（poly-SiGe）薄膜，并利用Rutherford背散射光谱（RBS）、扫描电子显微镜（SEM）和拉曼光谱对其结构特性进行了表征。研究了电阻温度系数随工作温度和退火温度的变化。详细阐述了微热像仪的完整制造过程。为了降低微热像仪的热导率，采用了体硅各向异性蚀刻和诱导耦合等离子体（ICP）技术，在双腿/四腿悬臂微桥上形成poly-SiGe热敏电阻。测量和计算结果显示，在5V偏置电压下，探测器在15Hz时的最大探测率为8.3 × 10^8 cm Hz^1/2/W，热响应时间为16.6 ms。在30Hz的斩波频率下，最大探测率为7.48 × 10^8 cm Hz^1/2/W，大约86%的最大响应度在12.5V时实现。" 本文详细探讨了一种新型无冷却微热像仪红外探测器，其核心组件是多晶硅锗（poly-SiGe）热敏电阻。这种探测器的创新之处在于使用了UHV/CVD方法来沉积poly-SiGe薄膜，这种方法可以确保材料的高质量和良好的结构特性。通过RBS、SEM和拉曼光谱的分析，研究人员深入了解了材料的结构属性，这对于优化器件性能至关重要。 此外，研究还深入研究了电阻温度系数（TCR）与操作温度和退火温度的关系，这有助于理解材料的电学性能随环境变化的规律。在设计中，为了提高探测器的热隔离效果，采用了双腿/四腿悬臂微桥结构，这种设计通过体硅各向异性蚀刻和ICP技术得以实现。这种微结构降低了微热像仪的热传导，从而提高了其热灵敏度。 实验结果表明，该微热像仪在低电压下即可实现高探测率。例如，在5V偏置电压下，探测器在15Hz的频率下达到了8.3 × 10^8 cm Hz^1/2/W的探测率，表明其具有优秀的探测性能。同时，热响应时间仅为16.6毫秒，这意味着它能快速响应温度变化。而在30Hz斩波频率下，通过调整电压至12.5V，探测器能够保持高响应度，达到约7.48 × 10^8 cm Hz^1/2/W，且响应度接近最大值的86%，这证明了该设计的有效性和灵活性。 总结来说，这篇论文展示了一种基于poly-SiGe的高性能无冷却红外探测器，其在微电子传感器领域具有重要应用潜力，尤其是在需要高灵敏度和快速响应的红外成像系统中。通过优化材料制备工艺和微结构设计，这种探测器有望在红外探测、热成像、安全监控等领域得到广泛应用。