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非制冷红外微测辐射热计多孔硅绝热层热学与力学研究

作 者: 许路加
导 师: 胡明
学 校: 天津大学
专 业: 微电子学与固体电子学
关键词: 非制冷微测辐射热计 多孔硅 热导率 杨氏模量 孔隙率
分类号: TN215
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 39次
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内容摘要


非制冷热成像探测器在世界范围内被广泛研究,其在军事和民用方面有很大的潜力和应用价值。目前微测辐射热计是研究和运用最广的一类非制冷红外探测器中。本人实验室基于绝热性、机械稳定性以及硅工艺兼容性的考虑提出了以多孔硅作为绝热层的新型微测辐射热计结构。本文的研究内容是对多孔硅绝热层的热学和力学性质进行理论建模研究,分析和解释孔洞存在方式、孔洞分布情况以及膜厚对于多孔硅绝热层力学和热学性能的影响。通过将建模结果与之前测得的实验数据进行对比,验证所建立理论模型的有效性。并使用ANSYS有限元仿真的方法进一步验证理论模型的正确性。本文所采用的建模方法是将多孔硅热导率杨氏模量的影响机制更表观地归结到孔洞的存在和分布等结构因素上,把整个多孔硅视为由硅连续材料介质和孔洞连续介质通过串联和并联组合成的复合微机构,给予其热导率和杨氏模量一个更为易于理解和简化的等效解释,并且进一步把孔隙率对等效热导率和等效杨氏模量的影响分解为两个不同的部分,即纵向部分和横向部分,半定量的指出不同的孔洞结构和分布下,孔隙率与等效热导率和等效杨氏模量的关系。通过本文的理论和仿真分析,可以清楚的了解多孔硅绝热层热学和力学性质与多孔硅孔洞结构的关系,有针对性的完善和补充现有的理论。为实验室制备符合要求的多孔硅绝热层提供理论指导。对于完善和研究新的制备方法具有重要的实际意义。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-20
  1.1 红外热成像探测器概述  8-13
    1.1.1 红外热成像探测器简介  8
    1.1.2 红外热成像探测器的研究和发展历史  8-10
    1.1.3 非制冷热成像探测器分类及基本原理  10-13
  1.2 多孔硅概述及其制备方法  13-18
    1.2.1 化学腐蚀法  14-16
    1.2.2 电化学腐蚀法  16-18
  1.3 采用多孔硅作为绝热层的新型微测辐射热计  18
  1.4 相关试验数据  18-19
    1.4.1 多孔硅绝热层热学性质实验数据  18-19
    1.4.2 多孔硅绝热层力学性质实验数据  19
  1.5 本论文研究内容及所采用的研究方法  19-20
第二章 相关理论与微裂纹模型思想  20-24
  2.1 热学相关理论  20-21
    2.1.1 固体材料热传导的宏观规律  20
    2.1.2 固体材料热传导的微观机理  20-21
  2.2 力学相关理论  21-22
  2.3 微裂纹模型与本文模型建立思想  22-24
    2.3.1 微裂纹模型简介  22-23
    2.3.2 本文的建模思想  23-24
第三章 多孔硅绝热层热学性质数学建模研究  24-34
  3.1 垂直于衬底的纵向孔建模  24-26
  3.2 平行于衬底的横向孔建模  26-29
  3.3 综合建模  29-34
第四章 多孔硅绝热层力学性质数学建模研究  34-44
  4.1 垂直于衬底的纵向孔建模  34-36
  4.2 平行于衬底的横向孔建模  36-39
  4.3 综合建模  39-44
第五章 多孔硅绝热层热学性质有限元仿真验证  44-53
  5.1 纵向孔洞分析  44-49
  5.2 横向分支孔洞分析  49-53
第六章 多孔硅绝热层力学性质有限元仿真验证  53-60
  6.1 纵向孔分析  53-57
  6.2 横向分支孔洞分析  57-60
第七章 总结  60-62
参考文献  62-66
发表论文和参加科研情况说明  66-67
致谢  67

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 红外技术及仪器 > 红外探测、红外探测器
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