ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОБОЛОМЕТРИЧЕСКИХ ДЕТЕКТОРОВ

АННОТАЦИЯ

Цель исследования - разработки неохлаждаемых микроболометрических ИК-матриц, использующихся в системах инфракрасного видения. В связи с этим необходимо детально изучить микроболометрические детекторы и методы их разработки.

Ключевые слова: пленки пироэлектрических материалов, оксиды ванадия, вакуумное осаждение, микроструктура, ик-приемники.

Известны два основных подхода при разработке конструкции микроболометрических приёмников (Рисунок 1) [1]. В первом чувствительный элемент располагается непосредственно на подложке. Во втором применяется мостиковая структура (Рисунок 2)

Рисунок 1. Вид сверху микроболометра, интегрированного с антенной

Рисунок 2. Поперечное сечение интегрированных с антенной микроболометров: (a) болометр на подложке; (b) болометр с воздушным мостиком

Камеры и тепловизоры, основанные на технологии неохлаждаемых матриц в фокальной плоскости, могут обеспечить низкую стоимость, уменьшение размеров и веса, а также повышение надёжности по сравнению с их охлаждаемыми аналогами.

Неохлаждаемые болометрические детекторы, используемые в системах инфракрасного видения, имеют низкое время отклика (~10 мс). Интегрированные с антенной микроболометрические матрицы обладают быстрым откликом ~130 нс и поэтому могут использоваться в качестве пиксельных элементов в системах ИК видения. В то же время они обладают недостаточной чувствительностю. Термическая изоляция интегрированной с антенной микроболометрической матрицы увеличивает её чувствительность, но увеличивает и время отклика. Термическая изоляция может быть осуществлена с использованием силико-аэрогеля в качестве подложки, и его пористость может использоваться для модификации теплопроводности вплоть до величины менее теплопроводности воздуха [2]. В рамках научно-исследовательской работы интегрированная с антенной микроболометрическая матрица была изготовлена на подложке, покрытой тонкой плёнкой аэрогеля, для сравнения с SiO₂ подложкой. Измеренное отношение сигнал-шум было на один порядок величины выше, чем для прототипа, а время отклика составляло около 5 мкс.

В работе [3] в качестве активного материала сенсора используется n-карман КМОП структуры (Рисунок 3). Используются методы электрохимического травления. С использованием стандартного 0.8 мкм КМОП процесса изготовлена матрица 16х16 пикселов размером 80х80 мкм.

Рисунок 3. Мостиковый микроболометр на основе КМОП технологии

Таким образом, рассмотренные подходы по разработке конструкции микроболометрических приёмников позволяют выбрать оптимальный подход при разработке неохлаждаемых микроболометрических ИК-матриц, использующихся в системах инфракрасного видения.

Список литературы:

1. D.P. Neikirk, Wayne W. Lam, and D. B. Rutledge. The University of Texas at Austin. D. P. Neikirk, D. B. Rutledge, and W. Lam, Far-Infrared Microbolometer Detectors. International Journal of Infrared and Millimeter Waves, vol. 5, pp. 245-277, 1984.
2. González, F.J. Ashley, C.S. Clem, P.G., Boreman, G.D. Infrared Physics and Technology. Antenna-coupled microbolometer arrays with aerogel thermal isolation. Vol. 45, Issue. 1, January, 2004, pp. 47-51.
3. S. Eminoglu, M.Y. Tanrikulu, and T. Akin, "A Low Cost, Small Pixel Uncooled Infrared Detector For Large Focal Plane Arrays Using A Standard CMOS Process," SPIE AeroSense Symposium, Infrared Detectors and Focal Plane Arrays VII (AeroSense 2002).