文档介绍：University ofScience and Technology ofChina Adissertation fordoctor’Sdegree 网幽 Performance Analysis and Optimization ofthe Substrate-free Focal Plane Array AUtllor’s N&me Supervisor: Finished time Mao Liang SolidMechanics ProfZhang Qing-Chuan May 5th,2013 中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文,是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除己特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名:乏:毛签字日期:2里[三。≤:笠中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一,学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权,即:学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。叼公开口保密(——年) 作者签名:乏毡, 毒签字日期:趁[墨:笪:生导师签名: 签字日期:星竺!呈:』:生摘要摘要红外成像技术在军事、工业、医疗、商业等方面有广泛应用。光学读出非制冷红外成像技术由于成本低、性能高而成为今年来研究的热点之一。本文在课题组工作的基础上,针对光学读出非制冷红外成像技术的核心元件无基底焦平面阵列(FPA)展开了一系列研究,建立了新的热机械分析理论模型,设计制造了新材料的FPA,为了改善FPA反光板的弯曲,提出了多种优化方法,并建立了嵌入式的软件平台,主要成果如下: (1)热机械性能分析方面,尽管有限元方法能够精确计算已知设计尺寸的无基底FPA的热机械性能,但是当系统有一个要达到的指标(如温度灰度响应), 需要分析FPA的设计尺寸时,有限元方法就不再方便。本文利用整体分析方法和电学类比分析方法,建立了热流在FPA传递的电路模型,分析了FPA支撑框架的热阻,推导出无基底FPA的理论温度灰度响应和响应时间的计算公式。设计并指导制作了50gm×50岫像素尺寸的无基底FPA来验证理论模型,%,两者非常吻合。%,此时系统的 D为170 mK。同时,理论模型对200岫×200 gm和120 gm ×120岬像素尺寸无基底FPA的分析也证明这个解析模型适用于所有像素单元尺寸的无基底FPA。(2)基于无基底FPA的材料选择要求,在微电子机械系统(MEMS)制作工艺的约束下,设计并指导制作了像素尺寸为50 grn×50 gm AI和S,02双材料无基底FPA。利用有限元方法定量分析了彳,/S,02双材料无基底FPA的热机械性能,并与相同结构及尺寸的4,/SⅣ。双材料无基底FPA的有限元分析结果进行了对比,发现么,/Sq双材料FPA的热转化效率和热机械灵敏度都相较4./S札双材料FPA有了大幅提升。在系统光学检测灵敏度一定时,。(3)为了改善FPA反光板的弯曲,本文提出了三种优化方案。。在理论分析的基础上,设计并指导制作了单元尺寸为2009m 的反光板金层减薄FPA, 倍,,实验验证了理论分析的结果:B. 制作带加强筋的反光板。设计并指导制作了单元尺寸为60岬的反光板带加强筋 FPA,,,实验验证了理论分析的结果; 50gm的4,/SⅣ,双材料FPA进行退火处理,共试验了两种退火方式。第一种是直接退火法,对FPA进行退火都没有明显的纠正反光板的弯曲的效果,但FPA的均匀性都有所提升。第二种是循环退火方法,改善了反光板的弯曲,反光板的偏转更加均匀,FPA的温度灰度响应提高了约32%。(4)开发了嵌入式平台一一红外热谱分析软件平台,整合了垂直聚焦平台的电机控制等多种硬件设备,实现了对红外成像设备的连接、调节、数据传输、数据分析处理、数据显示等功能。再加上联系客户端与服务器的注册服务模块, 该嵌入式平台作为商业软件的