1、微測輻射熱計(jì)作為一種非制冷紅外探測器，因?yàn)槠涔牡?，便于攜帶，性能優(yōu)良，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用到軍事和民用等市場。目前非制冷紅外器件越來越朝著大規(guī)模高密度紅外焦平面探測器的凝視方向發(fā)展，像元大小從較早的65μm×65μm到現(xiàn)在的15μm×15μm左右，像元結(jié)構(gòu)也由傳統(tǒng)的的單層L型結(jié)構(gòu)到目前的雙層傘形，雙層S型，甚至三層結(jié)構(gòu)發(fā)展。由于受制于國外技術(shù)和設(shè)備的封鎖，20μm及以下器件在國內(nèi)報(bào)道極少，且考慮到本實(shí)驗(yàn)室的工藝條件，本文研究像元尺

2、寸定為20μm×20μm，像元結(jié)構(gòu)則選擇目前市場上應(yīng)用廣泛的單層L型，雙層傘形，雙層S型微測輻射熱計(jì)。
　　本文采用專業(yè)的微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）軟件 Intellisuite分別建立了像元大小為20μm×20μm單層L型，雙層傘形，雙層S型三種微測輻射熱計(jì)的三維有限元分析模型。在此基礎(chǔ)上，利用數(shù)學(xué)仿真軟件Matlab建立了上述三種結(jié)構(gòu)的紅外吸收模型。以高性能指標(biāo)（在60 Hz幀頻下，NETD小于50 mk時(shí)對應(yīng)的熱導(dǎo)在10-8W/

3、K量級，熱時(shí)間常數(shù)小于8 ms）為參考，對三種結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行了光學(xué)性能仿真以及器件理論熱導(dǎo)計(jì)算，通過優(yōu)化各層膜厚，上下諧振腔高度等參數(shù)，獲得了較好的光學(xué)性能以及較小的器件熱導(dǎo)。
　　隨后本文對三種結(jié)構(gòu)的三維模型進(jìn)行了力學(xué)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過調(diào)整各材料的內(nèi)應(yīng)力、膜厚、諧振腔高度等參數(shù)，將器件的形變量控制在一個較小的范圍內(nèi)，研究發(fā)現(xiàn)影響其力學(xué)平衡的主要因素是支撐層和鈍化層，它們對結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能起主要支撐作用。
　　以這三種結(jié)構(gòu)的光學(xué)

4、性能，力學(xué)性能，以及熱導(dǎo)研究為依據(jù)，確定了上述三種微測輻射熱計(jì)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。隨后再對三種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了動態(tài)熱學(xué)有限元仿真，研究了其器件熱導(dǎo)和熱時(shí)間常數(shù)；而微測輻射熱計(jì)工作時(shí)，是需要加載偏置的，本文首次模擬了三種結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)，對其進(jìn)行了熱電耦合性能仿真，研究了其有效熱導(dǎo)和熱時(shí)間常數(shù)；在此研究基礎(chǔ)上，分析了器件熱導(dǎo)、有效熱導(dǎo)，偏置電流的關(guān)系，根據(jù)高性能指標(biāo)的要求，推出了其電流范圍。通過加載不同的電流和相同的熱輻射對器件進(jìn)行熱電耦合有限元仿真