近日，我院集成电路与系统专业2019级博士生杨朝晖以第一作者身份在综合类Top期刊《IEEE Sensors Journal》发表题为“Fast response infrared detector using a radially distributed dual-layer thermopile”的学术论文。微电子学院安徽省MEMS工程技术研究中心团队许高斌教授为论文的通讯作者。《IEEE Sensors Journal》是传感器工程和技术领域的权威期刊之一。
MEMS热电堆红外探测器在宽范围内进行非接触式、高灵敏度、非侵入式温度测量方面表现出色，无需冷却系统，使其成为智能传感应用的理想选择。文章在此背景下提出了一种利用径向分布的双层热电堆的微机械热电堆红外探测器，该探测器具有快速响应时间并显着提高响应性和检测性。双层热电偶阵列是通过在二氧化硅支撑层上径向分布 堆叠的N/P型多晶硅，并通过在硅衬底背面干蚀刻悬浮来实现的。
研究将传统的四端梁结构与径向分布结构进行了建模和仿真比较，结果表明，后者的设计提高了输出电压，并显著改善了响应率和检测率，分别提高40.5%和43.8%。实验测得该探测器在室温下的快速响应时间为9.5毫秒，响应率为 100.6 V/W，探测率为 5.2×107 cm∙Hz1/2/W。本研究为提高热电堆红外探测器的性能提供了一种新颖而有效的解决方案，在未来高速热成像和动态热分析中，具有巨大的潜力。上述研究工作得到了国家重点研发计划、和安徽省重大研发创新专项资金等的资助。
原文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10311513
图1 制造的热电堆红外探测器的显微图片
图2 采用TO封装的红外热电堆探测器
图3 红外吸收体面积对探测器性能的影响
图4 热电堆红外探测器的实验结果
