文档名：CMOS红外光源的设计与实现
摘要：基于红外气体传感器微型化、低成本和低功耗的发展需要,设计了一种用于非色散红外(NDIR)集成气体传感器的互补金属氧化物半导体(CMOS)红外光源.它以非等间隔的蛇形钨(W)薄膜电阻作为加热丝,以二氧化硅(SiO2)和氮化硅(Si3N4)多层复合介质薄膜为支撑形成悬空膜片式微热板,以氧化铜(CuO)和二氧化锰(MnO2)纳米材料复合薄膜作为辐射增强层.基于COMSOL软件进行了热电耦合仿真,证明结构设计合理性.采用标准CMOS工艺、硅(Si)的深刻蚀工艺以及静电流体动力学打印技术流片制造了该CMOS红外光源芯片.性能测试结果表明:该红外光源从室温升温至469℃的热响应时间约为41ms,电功耗仅为138mW,辐射区温度分布均匀,引入辐射增强层使表面比辐射率提高约35%,红外光源的辐射功率和红外光谱辐射强度测试结果表明:该涂层有效地增强了红外辐射.
Abstract：Basedondevelopmentneedsofminiaturization,lowcostandlowpowerconsumptionofinfrared(IR)gassensor,acomplementarymetaloxidesemiconductor(CMOS)IRlightsourcefornon-dispersiveIR(NDIR)integratedgassensorisdesigned.ItusesS-shapedtungstenthinfilmresistorwithunequalintervalasheatingwires,SiO2andSi3N4multi-layercompositedielectricfilmsassupportstoformamicro-hotplatewithasuspendedmembrane,andaCuOandMnO2nanomaterialcompositefilmastheradiationenhancelayer.ThethermoelectriccouplingsimulationiscarriedoutbasedonCOMSOLsoftwaretoprovetherationalityofstructuredesign.TheCMOSIRsourcechipisfabricatedbystandardCMOSprocess,deepetchingprocessofsiliconandelectrostaticfluiddynamicsprintingtechnology.TheresultsoftheperformancetestshowthatthethermalresponsetimeoftheIRsourcefromroomtemperatureto469℃isabout41ms,theelectricalpowerconsumptionisonly138mW,andthetemperaturedistributionintheradiationareaisquiteuniform.Introducingradiationenhancelayerincreasesthesurfacespecificemissivitybyapproximately35%.TestresultsoftheradiationpowerandradiationintensityoftheIRsourceshowthatthecoatingeffectivelyenhancestheIRradiation.
作者：王林峰 余隽 李中洲 黄正兴 朱慧超 唐祯安Author：WANGLinfeng YUJun LIZhongzhou HUANGZhengxing ZHUHuichao TANGZhen'an
作者单位：大连理工大学电信学部生物医学工程学院辽宁省集成电路与生物医学电子系统重点实验室,辽宁大连116024
刊名：传感器与微系统
Journal：TransducerandMicrosystemTechnologies
年，卷(期)：2024, 43(2)
分类号：TN214
关键词：互补金属氧化物半导体红外光源 非色散红外集成气体传感器 辐射增强层 钨丝微热板
Keywords：CMOSinfrared(IR)lightsource non-dispersiveinfrared(NDIR)integratedgassensor radiationenhancedlayer tungstenwiremicro-hotplate
机标分类号：TP311TP277TN99
在线出版日期：2024年2月26日
基金项目：国家重点研发计划，国家自然科学基金CMOS红外光源的设计与实现[
期刊论文] 传感器与微系统--2024, 43(2)王林峰 余隽 李中洲 黄正兴 朱慧超 唐祯安基于红外气体传感器微型化、低成本和低功耗的发展需要,设计了一种用于非色散红外(NDIR)集成气体传感器的互补金属氧化物半导体(CMOS)红外光源.它以非等间隔的蛇形钨(W)薄膜电阻作为加热丝,以二氧化硅(SiO2)和氮化硅(Si3...参考文献和引证文献
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