红外成像阵列与系统(11).ppt

1、第9章应时微谐振器在非制冷红外成像阵列中的应用，目录，1:引言2:应时微谐振器用作红外传感器3:应时温度计及其温度系数4:振荡器噪声5:频率测量6:热隔离7:微谐振器的红外吸收8:微谐振器阵列的预期性能9:生产率和其他要求10:总结和讨论，1:引言，应时晶体可用作稳定的机器石英谐振器用于频率控制器的原因如下：1。高精度(14个数量级)2。应时截面角可以提供零频率温度系数，厚度模式下应时晶体振动频率方程中的每一项都与温度有关。然而，在一定的截面角下，Cij消除了方程中其他项的温度系数。在一定的角度下，可以获得陡峭而单调的温度-频率特性，它可以用作辐射热计和红外探测器。应时常用的具有良好特性的部分

2、包括自动测试部分、自动测试部分、自动测试部分、自动测试部分等。2。应时微谐振器用作红外传感器，任何热探测器的性能主要取决于以下几点：1 .稳态响应：它是从热源吸收的能量、增加的温度以及敏感元件和散热器之间的传热系数。23360探测器的噪声与T产生的信号有关，这将限制T的最小探测能力。探测器元件的时间常数C是探测器元件的热容量。对于应时微谐振器红外传感器阵列，决定其性能的参数是微谐振器：(1)频率温度系数(2)噪声(3)到散热器的传热系数(4)热容量(5)红外吸收系数(6)形状(7)填充系数(如整个阵列区域的敏感区域)三：应时温度计及其温度系数。微谐振器可以由不同的铁电材料制成，例如：1应时2氧

3、化锌3砷化镓。人们很早就知道石英谐振器的温度敏感性(黑星，1946)。应时温度计的优点是它可以在很宽的温度范围内有数百万的绝对精度和10-6度的分辨率。石英谐振器的频率倒数随温度单调变化，其斜率为10-4/k。晶体振荡器具有低噪声性能：1/f噪声会限制温度变化的分辨率，例如，10MHz时的低噪声为10-12或更低。因此，谐振器的噪声相对于温度波动10纳米或更小。微谐振器的晶体横截面的选择可以在很宽的变化范围内选择，只要它可以制成薄膜并具有良好的温度敏感性。一些可能的部分：交流部分，液晶部分，Y部分，供应链部分和NLSC部分。4:振荡器噪声。由AT或SC横截面谐振器制成的振荡器的最低噪声值称为最

4、小艾伦偏移。是谐振频率，单位为赫兹。1:在400至900兆赫兹的声表面波谐振器中，最低噪声值在0至2之间：在三次谐波为100兆赫兹、五次谐波BAW(SC段)为160兆赫兹的谐振器中，相应的最低噪声值为0(Driscol和Hanson，1993)。微谐振器传感器的噪声会受到以下因素的影响：1 .尺寸效应2。污染物的吸附和反吸附。解决方案：假设最低噪声值比理想值差十倍。例如，厚度小于2um的微谐振器中的噪声：主要噪声是温度变化引起的噪声；它是由热量传递时量子本身的特性引起的。也就是说，热交换伴随着光子和声子的发射和吸收。这种噪声引起的平均温度波动：这种温度变化噪声本身也是一种频率噪声，它通过微谐振

5、器的温度系数加入到其他振荡器的噪声源中。5.频率测量普通晶体振荡器测量频率的速度取决于谐振器的噪声特性函数。最短的测量时间用于频率测量而不损失分辨率。它是对应于曲线上弯曲点的值；也就是说，它是低噪声最小值的极限值。在此限值下，其他噪声源(如白噪声或约翰逊噪声)开始超过频率噪声的闪烁点，然后随着频率噪声的降低而上升。例1:对于500MHz SAW谐振振荡器，当用40MHz高频截止频率fc测量时，曲线的拐点为10-3秒2:在相同的情况下，500MHz微谐振器的拐点与以前相同，如果使用40KHz fc，它将减少到300微秒。理论上，1620个单振荡器可以以33毫秒的帧速率依次被激励。必须在33毫秒内

6、测量这320个谐振器，每个谐振器的切换、启动和测量时间限制为103微秒。它是否可以减少到30毫秒而不增加噪音取决于共振频率，驱动水平和测量的死区时间。在设计扫描阵列时，需要综合平衡谐振器的数量和驱动信号下每个子阵列的噪声等效温差(NETD)。子阵列中谐振器的数量越大，在给定驱动电平下的NETD值越高。6.隔热。设计微谐振器阵列时，考虑G和C: 1之间的值。为了使红外探测器对给定的红外源具有最大的响应，敏感元件和散热器之间的热传导G应该最小化。()2:然而，在给定的电容c下，将G减小到最小值将使G达到最大值。()3:降低C会降低，但会增加温度波动的噪音。微谐振器的热隔离方式如下：1 .将微型谐振

7、器悬浮在真空中，并将其与电极激励源结合。2.在微型谐振器腐蚀期间获得所需的隔热效果。3.带有自由排列薄膜条的机械支撑。优点：在这种布局中可以获得最佳的隔离效果，热交换仅通过辐射进行。缺点：它的长时间常数和额外的复杂性使阵列不适合大多数设备。在后面，我们可以制作一个又细又窄的桥或一个又细又窄的环来包围谐振器，并且环通过桥与谐振器连接(并且对于多个环而言彼此连接)。也可以制成如下图所示的圆形谐振器。7:微型谐振器的红外吸收。在谐振器上沉积红外吸收层可以提高整体红外吸收能力。一些红外吸收材料： 1:应时2.5um厚的应时具有大约9.5um和大约50%的12.5um的吸收峰。2.在临界厚度为17纳米(

8、34微克/平方厘米)时，真空蒸发金膜的吸收率约为0.5。3.含8纳米镍的镍膜也是一种很好的吸收材料。如何获得高吸收率：1 .使用具有宽吸收范围的红外吸收膜，膜的表面电阻(188)占自由空间电阻(377)的一半，并且可以吸收50%的红外辐射。25%被反射，25%被透射。2:建立多个红外吸收通道。例如，在谐振器的背面添加红外反射膜。3.将密封层制成共振光腔。三层吸收材料的组成：第一层：金属膜(377)，第二层：介电层，第三层：红外反射层。为了获得良好的谐振器性能，需要更多的能量。1.沉积红外吸收膜2。在共振区外镀一层附加的吸收层。为了同时获得足够的红外能量捕获和高的红外吸收系数，对设计和制备提出了

9、更高的要求。8 :微谐振器阵列的预期性能，以及扫描阵列和凝视阵列的性能差异如下：1 .扫描阵列时，微谐振器被周期性地激励，也就是说，两次测量之间有延迟时间。2:凝视阵列，所有微型谐振器都被激发并连续测量。下图显示了在两种情况下NETD和微谐振器频率之间的函数关系。(a):扫描阵列(b):凝视阵列，NETD与微谐振器频率之间的函数关系：r=1时600兆赫兹微谐振器阵列的噪声等效温差(NETD)与g(和)之间的函数关系，100兆赫兹、200兆赫兹、600兆赫兹、1.0兆赫兹、1.4兆赫兹和1.8兆赫兹时240336个像素阵列典型参数值的比较， 频率NETD(K) (MHz)晶片尺寸电桥长度r=1000r=1(厘米)(微米)100 0.011 0.0047 1.3 200 0 0.012 0.0050 2.7 600 0.013 0.0059 6.4 * 9.0 8.1 1000 0 0.014 0.0068 3.9 3.0 13.6 1400 0 0.015 0.0076 硅化铂和砷化镓/砷化铝镓(NETD=0.01千)，9:可制造性和其他要求，使用现有的。在实现大规模微谐振器阵列之前必须克服几个问题：1。 需要新技术；2.需要低缺陷密度的应