双层伞状开孔的微测辐射热计红外吸收分析
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电子科技大学 光电科学与工程学院

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Infrared Absorption Analysis of Microbolometer with Double Umbrella Openings
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School of Optoelectronic Science and Engin.,University of Electronic Science and Technol. of China

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    摘要:

    非制冷红外焦平面探测器广泛应用于军事及民用市场,小像元、高吸收的微测辐射热计是目前的研究热点。设计了一种双层伞状结构微测辐射热计探测单元的红外吸收模型,系统分析了该探测单元的红外吸收。基于光学导纳矩阵法和阻抗匹配理论,采用三维电磁仿真软件CST研究了伞状开孔模型微测辐射热计的光学吸收特性。结果表明,双层伞状开孔微测辐射热计光学性能与伞状结构开孔大小有密切的关系。该伞状微测辐射热计中引入开孔后,在保持较高的红外吸收特性基础上,减少了探测单元热容,从而提升器件响应速度。最终所得探测单元在 8-14 μm红外波段内的平均吸收率在85%,满足超大规模小像元非制冷红外焦平面探测器的设计要求。

    Abstract:

    Uncooled infrared focal plane detectors are widely used in military and civilian markets, and microbolometer with small image elements and high absorption is a current research hotspot. The infrared absorption model of a two-layer umbrella structure microbolometer detector unit is designed, and the infrared absorption of the detector unit is systematically analyzed. Based on the optical conductivity matrix method and impedance matching theory, the three-dimensional electromagnetic simulation software CST is used to study the optical absorption characteristics of the umbrella-shaped open-hole model microbolometer. The results show that the optical performance of the double-layer umbrella-shaped open-aperture microbolometer is closely related to the size of the umbrella-shaped structure of the open-aperture. The introduction of openings in this umbrella microbolometer reduces the thermal capacity of the detection cell while maintaining the high infrared absorption characteristics, thus improving the device response speed. The average absorption rate of the detector unit in the 8-14 μm IR band is 85%, which meets the design requirements of the ultra-large scale small pixel uncooled IR focal plane detector.

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  • 收稿日期:2022-08-22
  • 最后修改日期:2022-08-22
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