一種確定微測(cè)輻射熱計(jì)的有效熱導(dǎo)的方法
【專利摘要】本發(fā)明實(shí)施例公開了一種確定微測(cè)輻射熱計(jì)的有效熱導(dǎo)的方法，包括：建立微測(cè)輻射熱計(jì)的三維仿真模型；將微測(cè)輻射熱計(jì)的參數(shù)導(dǎo)入三維仿真模型中；在三維仿真模型上加載仿真恒定電流，并在仿真溫度穩(wěn)定后加載仿真動(dòng)態(tài)熱輻射脈沖，然后通過熱電耦合有限元仿真方法，獲得溫升隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)；根據(jù)該數(shù)據(jù)獲得有效熱時(shí)間常數(shù)；根據(jù)該有效熱時(shí)間常數(shù)計(jì)算微測(cè)輻射熱計(jì)的有效熱導(dǎo)。本發(fā)明的實(shí)施例中提供的方法中，基于精確的三維仿真模型，采用實(shí)際的微測(cè)輻射熱計(jì)尺寸和工藝線參數(shù)，通過有限元?jiǎng)討B(tài)熱電耦合分析，真實(shí)模擬器件工作狀態(tài)，從而計(jì)算微測(cè)輻射熱計(jì)的有效熱導(dǎo)，計(jì)算出的微測(cè)輻射熱計(jì)的有效熱導(dǎo)比理論計(jì)算的熱導(dǎo)值更為準(zhǔn)確。
【專利說明】一種確定微測(cè)輻射熱計(jì)的有效熱導(dǎo)的方法
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及紅外探測(cè)器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種確定微測(cè)輻射熱計(jì)的有效熱導(dǎo) 的方法。
[0003]

【背景技術(shù)】
[0004] 微測(cè)輻射熱計(jì)的工作原理是光吸收層接受外界紅外輻射導(dǎo)致器件的溫度改變，溫 度的改變導(dǎo)致敏感薄膜的電阻改變，電學(xué)性能的變化通過電極檢測(cè)，并傳遞到讀出電路，完 成信號(hào)的處理和成像。影響微測(cè)輻射熱計(jì)性能的參數(shù)很多，包括熱容，熱導(dǎo)，熱時(shí)間常數(shù)，接 收的紅外有效輻射面積，熱敏感膜的電阻溫度系數(shù)，噪聲等。
[0005] 由微測(cè)輻射熱計(jì)的工作原理可知，在相同的入射熱流作用下，微測(cè)輻射熱計(jì)中 的微橋產(chǎn)生的溫升越高，傳遞到后端電路的信號(hào)將越好。而器件(工作狀態(tài)下）溫升可由 Δ T=Q/Geff進(jìn)行計(jì)算，其中Q是入射熱流大小，Grff是微橋的有效熱導(dǎo)，故微橋結(jié)構(gòu)的熱學(xué)性 能和有效熱導(dǎo)成反比。
[0006] 在微測(cè)輻射熱計(jì)后端信號(hào)提取中，評(píng)價(jià)微測(cè)輻射熱計(jì)性能優(yōu)良的重要指標(biāo)之一就 是NETD (噪聲等效溫差)，NETD越小，微測(cè)輻射熱計(jì)性能越優(yōu)良。而噪聲等效溫差和有效熱 導(dǎo)成正比。
[0007] 因此，有效熱導(dǎo)不僅對(duì)微橋結(jié)構(gòu)的熱學(xué)性能有影響，而且對(duì)微測(cè)輻射熱計(jì)的噪聲 等效溫差也有重要影響，因此確定微橋結(jié)構(gòu)的有效熱導(dǎo)顯得尤為必要。
[0008] 目前確定有效熱導(dǎo)的方法通常有理論計(jì)算法和信號(hào)電壓頻譜法。
[0009] 理論計(jì)算法是將器件工作時(shí)的有效熱導(dǎo)近似等于器件熱導(dǎo)，而器件熱導(dǎo)主要來自 三個(gè)方面G=Gleg+Ggas+Grad，其中Gleg為通過橋腿向襯底的熱導(dǎo)，G gas為來自周圍環(huán)境和微橋 能量交換產(chǎn)生的熱導(dǎo)，包括熱對(duì)流和熱傳導(dǎo)引起的熱導(dǎo)，Grad為像元通過輻射產(chǎn)生的熱導(dǎo)。 由于像元微橋是懸空結(jié)構(gòu)，且處于真空封裝狀態(tài)，G gas和Grad遠(yuǎn)低于熱傳導(dǎo)Gleg，故可以忽略 Ggas、Grad。又因微橋結(jié)構(gòu)包含兩條橋腿，故器件有效熱導(dǎo)理論值近似計(jì)算為：

【權(quán)利要求】
1. 一種確定微測(cè)輻射熱計(jì)的有效熱導(dǎo)的方法，其特征在于，包括： 建立微測(cè)輻射熱計(jì)的三維仿真模型； 將所述微測(cè)輻射熱計(jì)的參數(shù)導(dǎo)入所述三維仿真模型中； 在所述三維仿真模型上加載仿真恒定電流，在所述三維仿真模型的仿真溫度穩(wěn)定后， 在所述三維仿真模型上加載仿真動(dòng)態(tài)熱輻射脈沖，然后通過熱電耦合有限元仿真方法，獲 得所述三維仿真模型的溫升隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)； 根據(jù)所述溫升隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)獲得有效熱時(shí)間常數(shù)； 根據(jù)所述有效熱時(shí)間常數(shù)計(jì)算所述微測(cè)輻射熱計(jì)的有效熱導(dǎo)。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述三維仿真模型包括順序?qū)盈B的底層電 極層、諧振腔層、支撐層、電極層、敏感層和鈍化層。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：在所述三維仿真模型上加載仿真恒定電流 時(shí)，設(shè)定所述三維仿真模型的橋墩處的仿真溫度為室溫。
4. 如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于：在在所述三維仿真模型上 加載仿真恒定電流后的40毫秒之后在所述三維仿真模型上加載所述仿真動(dòng)態(tài)熱輻射脈 沖。
5. 如權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于：在所述三維仿真模型上加 載所述仿真動(dòng)態(tài)熱輻射脈沖的持續(xù)時(shí)間為20毫秒。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述微測(cè)輻射熱計(jì)的所述參數(shù)包括所述微 測(cè)輻射熱計(jì)的各個(gè)層的結(jié)構(gòu)尺寸和工藝線上材料參數(shù)。
7. 如權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述有效熱時(shí)間常 數(shù)計(jì)算所述微測(cè)輻射熱計(jì)的有效熱導(dǎo)的步驟包括： 根據(jù)所述微測(cè)輻射熱計(jì)的所述參數(shù)計(jì)算所述微測(cè)輻射熱計(jì)的總熱容； 根據(jù)所述有效熱時(shí)間常數(shù)和所述總熱容計(jì)算所述有效熱導(dǎo)。
【文檔編號(hào)】G01J5/20GK104252578SQ201410474653
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】陳超, 張龍, 王濤, 胡曉, 趙源, 蔣亞東, 馬家峰 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)