پديد آورندگان :
عبداللهي، حسن نويسنده استاديار برق-الكترونيك، دانشكده برق، دانشگاه علوم و فنون هوايي شهيد ستاري Abdollahi , H , سمايي فر ، فاطمه نويسنده دانشجوي دكتري برق- الكترونيك، دانشگاه صنعتي مالك اشتر Samaeifar , F , حق نگهدار ، افسانه نويسنده كارشناس ارشد برق– الكترونيك، دانش آموخته دانشگاه علم و صنعت ايران Haghnegahdar , A.
كليدواژه :
آشكارساز حرارتي , ميكرو ماشين‌كاري , ميكروكانتيليور , آشكارساز مادون‌قرمز فاقد خنك ساز
چكيده فارسي :
در اين مقاله، آشكارساز مادون‌قرمز ميكروكانتيليور با حساسيت بالا و بدون نياز به خنك ساز، طراحي و شبيه سازي شده است. اين آشكارساز شامل، ناحيه جاذب، نواحي دو ماده‌اي و ايزوله و ستون هاي نگه دارنده است. ساختار آن معلق و به صورت دو لايه اي از جنس دي اكسيد سيليكون (SiO2) به ضخامت µm1 و آلومينيوم (Al) به ضخامت nm200 است. در اين آشكارساز، ميزان جذب IR و ميزان خمش با طراحي ناحيه جاذب به صورت دو ماده‌اي افزايش يافته است. ميزان جذب IR با آيينه شدن امواج مادون‌قرمز توسط لايه فلزي افزايش و ميزان خمش با امتداد ناحيه دو ماده‌اي تا انتهاي ناحيه جاذب بيشتر شده است. براي شبيه سازي رفتار حرارتي و مكانيكي، از روش آناليز اجزا محدود استفاده شده است. اندازه تغيير دما و تغيير جابجايي در نوك آشكارساز (دورترين نقطه نسبت به پايه ها) به ترتيب، C°651/3?T= و nm940?Z= شده است. نتايج حاصل از شبيه سازي با اعمال شرايط مرزي به ازاي شار حرارتي ثابت pW/µm2100 روي ناحيه جاذب مي-باشند. در اين آشكارساز، ضريب انتقال دما، حساسيت ترمومكانيكي، حساسيت تواني، حساسيت دمايي، حساسيت جابجايي و حساسيت به دماي جسم به ترتيب، 3-10×7/9، nm/K284/0، mW-12/667، mK/(pW.µm-2 )8/32، nm/(pW.µm-2)34/9 و nm/K75/2 محاسبه شدند. اين پارامترها نسبت به آشكارساز مشابه از جنس Si3N4/Au به ترتيب، 16، 41، 17، 41، 41 و 38/2 برابر بهبود يافته است.
چكيده لاتين :
In this work, a highly sensitive uncooled micro-cantilever IR detector is designed and simulated. The detector consists of the absorbing, bi-material, and isolator regions, and it has a two-layer suspended structure made of silicon dioxide (SiO2) and aluminum (Al) with 1 µm and 200 nm thicknesses, respectively. Absorbance was increased by reflecting the IR flux in the absorber layer by coting Al under it, and bending of the detector was increased by elongating the bi-layer legs in the absorber layer. The finite element analysis method was used to simulate the thermal and mechanical behaviors. The temperature and displacement changes at the end of the tip detector (farthest point from the support leg) were 3.651 °C and 940 nm, correspondingly, at the 100 pW/µm2 boundary conditions for a constant heat flux on the absorber. In this detector, the calculated values for the heat transfer coefficient, power, temperature, body temperature, displacement, and thermo-mechanical sensitivity were 9.7×10-3, 667.2 mW-1, 32.8 K/(pW.µm-2), 2.75 nm/K, 9.34 nm/(pW.µm-2), and 284 nm/K, respectively. These parameters were improved for 16, 41, 17, 41, 41, and 2.38 times compared to the same Si3N4/Au detector.
