Применение систем автоматизированного проектирования для учета механических напряжений при разработке неохлаждаемых тепловых детекторов болометрического типа

В статье приведен сравнительный анализ характеристик основных типов болометров. Исследовано конструктивное решение неохлаждаемого теплового детектора болометрического типа, сформированного по технологии микроэлектромеханических систем. Посредством компьютерного моделирования в современных системах автоматизированного проектирования в микроэлектронике для оценки влияния механических напряжений, возникающих в конструктивных материалах при их формировании, на величину деформации выполнен статический механический анализ. Установлено, что для обеспечения нормального функционирования микроболометра (уменьшения максимального отклонения пленки от номинального значения) необходимо уменьшить внутренние механические напряжения в пленке NiCr. Для пленок Si₃N₄, напротив, это значение следует увеличивать.

1. Wood R. A., Han C. J., Kruse P. W. (1992) Integrated Uncooled Infrared Detector Imaging Arrays. Solid-State Sensor and Actuator Workshop, 5th Technical Digest, IEEE. 132–135.

2. Takamuro D., Tomohiro M., Takaki S. (2011) Development of New SOI Diode Structure for Beyond 17-umPixel Pitch SOI Diode Uncooled IRFPAs. Proceedings of SPIE – the International Society for Optical Engineering. (8012), 80121E.

3. Li C., Han C. J., Skidmore G. D., Hess C. (2010) DRS Uncooled VOx Infrared Detector Development and Production Status. Proc SPIE. (7660), 76600V.

4. Kolovsky A. A., Levitsky A. A., Marinushkin P. S. (2008) Computer Modeling of MEMS Components. Problems of Development of Promising Micro- and Nanoelectronic Systems. (1), 398.

5. Flannery R. E., Miller J. E. (1989) Status of Uncooled Infrared Imagers. Journals of SPIE. (1), 379.

6. Downey P. M., Jeffries A. D., Meyer S. S., Weiss R., Bachner F. J., Donnelly J. P., Lindley W. T., MountainR.W., Silversmith D. J. S. (1984) Monolithic Silicon Bolometers. Appl. Opt. (23), 14.

7. Liddiard K. C. (1993) Thin Film Monolithic Arrays for Uncooled Thermal Imaging. Proc. SPIE. (16), 206.

8. Unewisse M. H., Passmore S. J., Liddiard K. C., Watson R. J. (1994) Performance of Uncooled Semiconductor Film Bolometer Infrared Detectors. Proc. SPIE. (43), 52.

9. Wood R. A. (1993) High-Performance Infrared Thermal Imaging with Monolithic Silicon Focal Planes Operating at Room Temperature. Technical Digest. (77), 175.

10. Cole B. E., Higashi R. E., Wood R. A. (2000) Micromachined Pixel Arrays Integrated with CMOS for Infrared Applications. Int. Conf. on Optical MEMS, IEEE. 63.

11. Syllaios A. J., Schimert T. R., Gooch R. W., McCardel W. L., Ritchey B. A., Tregilgas J. H. (2000) Amorphous Silicon Microbolometer Technology. Proc. Mater. Res. Soc., San Francisco, CA, USA. 609, A14.4.

12. Mottin E., Astrid B., Jean-Luk M. (2003) Uncooled Amorphous Silicon Technology Enhancement for 25-umPixel Pitch Achievement Proc. SPIE Infrared Technology and Applications XXVIII, Seattle USA. 4820, 200.

13. Jerominek H., Picard F., Vincent D. (1993) Vanadium Oxide Films for Optical Switching and Detection. Opt. Eng. (32), 99.

14. KuŹma E. (1993) Contribution to the Technology of Critical Temperat. Resistors. Electron Technol. 26 (2/3), 129.

15. Jerominek H., Pope T. D., Renaud M., Swart N. R., Picard F., Lehoux M., Savard S. (1997) 64×64, 128×128 and 240×320 Pixel Uncooled IR Bolometric Detector Arrays. Proc. SPIE. (30), 47.

16. Chen C., Yi X., Zhang J., Xiong B. (2001) Micromachined Uncooled IR Bolometer Linear Array Using VO2 Thin Films. Int. J. Infrared Millim. Waves. (22), 53.

17. Niklaus F., Vieider C., Jakobsen H. (2007) MEMS-based Uncooled Infrared Bolometer Arrays: a Review. Proc. SPIE. (68), 36.

18. Soltani M., Chaker M., Haddad E., Kruzelecky R. V., Margot J. (2004) Effects of Ti-W Codoping on the Optical and Electrical Switching of Vanadium Dioxide Thin Films Grown by a Reactive Pulsed Laser Deposition. Appl. Phys. Lett. (85), 60.

19. Han Y. H., Kim K. T., Shin H. J., Moon S. (2005) Enhanced Characteristics of an Uncooled Microbolometer Using Vanadium-Tungsten Oxide as a Thermoelectric Material. Appl. Phys. Lett. (86), 3.

20. Syllaios A. J., Schimert T. R., Gooch R. W., McCardel W. L., Ritchey B. A., Tregilgas J. H. (2000) Amorphous Silicon Microbolometer Technology. MRS Proc. (14), 6.

21. Liddiard K. C., Ringh U., Jansson C., Reinhold O. (1998) Progress of Swedish-Australian Research Collaboration on Uncooled Smart IR Sensors. Proc. SPIE. (34), 84.

22. Tisse C.-L., Tissot J.-L., Crastes A. (2012) An Information-Theoretic Perspective on the Challenges and Advances in the Race Toward 12 μm Pixel Pitch Megapixel Uncooled Infrared Imaging. Proc. SPIE. (8353), 83531M-1.

23. Wang J., Li W., Gou J., Wu Z., Jiang Y. (2014) Fabrication and Parameters Calculation of Room Temperature Terahertz Detector with Micro-bridge Structure. J. Infrared Milli Terahertz Waves. 35 (12), 987–1082.

24. Safy M., Zaky A. H., Mitkes A. (2008) Thermal Modeling of a High Fill-factor Micromachined Bolometer for Thermal Imaging Applications. ICEENG The International Conference on Electrical Engineering. 6.

25. Malm G. B. (2012) Micromechanical Process Integration and Material Optimization for High Performance Silicon-Germanium Bolometers. MRS Online Proceedings Library. 1437.

26. Varpula A. (2021) Nano-Thermoelectric Infrared Bolometers. APL Photonics. 036111.

27. Chiang S.-Y. (2020) 2D Material-Enabled Nanomechanical Bolometer. Nano Letters. 2326–2331.