光读出热成像芯片的优化设计与ANSYS模拟  

Optimal Design and ANSYS Simulation for Optic-Readable Thermal Imaging Chip

作　　者：冯飞[1] 焦继伟[1] 熊斌[1] 王跃林[1] 

机构地区：[1]中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感技术国家重点实验室,上海200050

出　　处：《Journal of Semiconductors》2004年第5期552-556,共5页半导体学报（英文版）

基　　金：国家重点基础研究发展规划资助项目 (批准号 :G19990 3 3 10 1)~~

摘　　要：利用一种近似理论——悬臂梁理论对光读出热成像芯片进行了优化设计 ,所采用的 Al/ Si O2 双材料体系 ,其关键性能指标——热 -机械灵敏度可达 6 .6 0× 10 - 8m/ K,与之相对应的最优厚度比为 0 .6 .同时 ANSYS模拟表明 ,可动微镜热 -机械灵敏度为 2 .80× 10 - 8m/ K.芯片实测热 -机械灵敏度为 2 .0 2× 10 - 8m/ K,测试结果进一步证实了理论分析与 ANSYS模拟的结果 .理论计算表明 ,可动微镜热响应时间常数为 4 .4 5× 10 - 4s.A novel MEMS based optic readable thermal imaging chip is the key part of optic readable thermal imaging system.The chip's characteristics determine the performance of this system.This paper presents optimal design of optic readable thermal imaging chip on the basis of cantilever model theory.For Al/SiO 2 bi material system,the theoretical analysis indicates the optimal thermo mechanical sensitivity and corresponding optimal thickness ratio are 6 60×10 -8 m/K and 0 6,respectively.ANSYS simulation gives a thermo mechanical sensitivity of 2 80×10 -8 m/K for this optimized design. The measured data are around 2 02×10 -8 m/K,which is in accordance with the results of theoretical analysis and ANSYS simulation.Theoretical calculation indicates that the time constant of thermal response is 4 45×10 -4 s.

关 键 词：微机电系统(MEMS) 光读出热成像 可动微镜阵列 热-机械灵敏度 热响应时间常数 

分 类 号：TN216[电子电信—物理电子学]