افزایش حساسیت آشکارساز مادون‌قرمز میکروکانتیلیوری از جنس SiO2/Al بر پایه فناوری MEMS با بهینه‌سازی ابعاد طراحی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه برق- الکترونیک- دانشکده برق دانشگاه هوایی شهید ستاری- تهران- ایران

2 گروه مهندسی برق الکترونیک- دانشکده مهندسی برق دانشگاه هوایی شهید ستاری- تهران- ایران

10.22060/mej.2018.13909.5751

چکیده

در این مقاله، حساسیت آشکارساز مادون‌قرمز میکروکانتیلیور با بهینه‌سازی ابعاد هندسی افزایش می‌یابد. بدنه اصلی آشکارساز از جنس SiO2 شامل ناحیه جاذب، بازوهای دوماده‌ای و ایزوله‌کننده است. نواحی دوماده‌ای (ناحیه جاذب و بازوهای دوماده‌ای) شامل یک‌لایه نازک آلومینیوم است که برروی لایه عایق قرارگرفته است. در این آشکارساز، میزان خمش آشکارساز به ضخامت لایه‌ها (عایق و فلز) و عرض بازوها (ایزوله‌کننده و دوماده‌ای) بستگی دارد. همچنین اثبات‌شده است که با انتخاب ضخامت لایه فلز به‌اندازه نصف ضخامت لایه جاذب، میزان جابجایی و حساسیت به حداکثر مقدار خود می رسد. نتایج حاصل از محاسبات نشان می‌دهد که با اعمال شرایط مرزی به ازای شار حرارتی ثابت pW/µm2100 بر روی ناحیه جاذب، میزان جابجایی، حساسیت‌های ترمومکانیکی، توانی، جابجایی و حساسیت به دمای جسم به ترتیب 26% ، 27% ، 28% ، 3/2% و 26% نسبت به ابعاد اولیه افزایش می‌یابند. همچنین، چنانچه فرآیند ساخت بهبود یابد و پهنای بازوها، ضخامت لایه عایق و فلزی به ترتیب μm1، μm1/0 و μm05/ انتخاب گردند، مقدار دما، میزان جابجایی، ضریب انتقال دما، حساسیت-های ترمومکانیکی، توانی، دمایی، جابجایی، حساسیت به دمای جسم و ثابت زمانی در محیط خلأ به ترتیب 72/4، 54، 12/4، 8/12، 54، 2/4، 54/48، 54 و ۵/۱ برابر بهبود می‌یابند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Increasing the sensitivity of SiO2/Al microcantiliure IR detector based on MEMS technology by optimizing design dimensions

نویسندگان [English]

  • Hassan Abdollahi 1
  • Jalil Mazloum 2
1 Department of Elec Eng, Shahid Sattari Aeronautical University of Science and Technology, Tehran, Iran
2 Department of Electrical Engineering, Shahid Sattari Aeronautical University of Science and Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this paper, the sensitivity of micro-cantilever infrared detector has been increased by optimizing its geometric dimension. The detector main body consists of an absorbing area, bi-material and insulator arms, which is made up by silicon dioxide. Bi-material regions (absorbing area and bi-material arms) include a thin film layer of aluminum, which is placed on the main body layer. In this detector, the amount of bending at the end of tip detector depends on the thickness of insulating and metal layers, and the width of insulating and bi-material arms. Furthermore, it has been proved that the detector's displacement and sensitivity are optimized when the thickness of metal layer is selected the half thickness of absorbing layer. The results of the calculations show that by applying boundary conditions for 100 pW/μm2constant thermal flux on the absorber, amount of displacement, thermo mechanical, power, displacement and body temperature sensitivities are increased 26%, 27%, 28%, 2.3% and 26%, respectively. Also, the calculation results show that the sensitivities are improved to 4.24, 54, 12.4, 12.8, 54, 4.2, 54.48 and 54 times, respectively, in the vacuum environment if the arm’s width, the insulating and metal layers thicknesses are selected as 1μm, 0.1μm, and 0.05μm, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • MEMS
  • Uncooled Infrared Detector
  • Thermal Detector
  • Microcantilever