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非致冷红外感测器
来源:薄膜压力传感器 | 发布时间:2020-8-27 21:12:58 | 浏览次数:

更广泛的影响:所提出的高性能和小尺寸谐振传感器可以在环境传感器、生物医学传感器、智能传感器和传感器网络等不同领域有广泛的应用。除了概述的研究工作外,还将建立一个综合教育计划,旨在通过直接参与研究活动来教育和激励学生。微机械共振微系统的研究对学生来说特别有价值,因为它涵盖了从微和纳米制造、材料特性、结构分析、损耗机制物理、热效应和辐射效应、建模和高频界面电子学等多个主题。因此,它在基础工程科学中具有前所未有的多学科教育价值。教育计划的目标是教育和激励学生:(1)为学生创造一个多学科的科学学习环境,并直接培养两名博士生;(2)暑期教育推广计划,让几名高中生接触微机电系统领域,以及微型系统,通过让他们直接参与提议的研究活动,以及(3)让代表性不足群体的本科生参与PIs的研究和教育活动。

 

项目报告

本计画旨在利用纤锌矿型氮化镓材料之压电与热释电特性,实现非致冷红外感测器。传统的红外光电探测器需要低温冷却,因此很难小型化。非致冷探测器体积小,重量轻,可以大大降低成本。在这项研究中,压电效应和热释电效应都是在一个单一的共振传感器元件中进行的。等效于温度Δ5。在这个计画的第一年,PI首次展示了GaN体声波谐振器和滤波器的声电Q放大。利用声电效应提高了制作的谐振器的品质因数,从而提高了GaN探测器的灵敏度。此外,PI小组可以获得一些迄今为止报道的最高Q值GaN谐振器。在项目的第二年,PI演示了一种基于GaN的共振红外探测器。这是有史以来第一次演示谐振式非制冷红外探测器,它利用谐振器材料中的压电效应、热效应和电致伸缩效应。概念验证演示显示了良好的性能。在该项目的第三年,PI和她的学生演示了第一个使用GaN基微机械谐振器和基于氮化硅的红外吸收材料的微机械共振红外探测器阵列。分析了探测器的性能,优化了谐振器的设计,使其达到5mk的NEDT和1ms的响应时间。与其他非制冷探测器相比,该器件显示出更高的灵敏度,虽然这些器件的探测效率不会像光子探测器那么高,但是宽带响应、低噪声和非制冷工作提供了一个有吸引力的替代方案。GaN传感器原型是在GaN-on-silicon-on-insulator或GaN-on-si衬底上制作的。在项目的最后一年,研究小组进一步分析了声电效应,并展示了带有波长选择性等离子体吸收器的压电/热释共振探测器。该项目的教育部分涉及研究生、本科生和高中生的大量参与。四名研究生和几名本科生通过NSF-NNIN REU项目和密歇根大学本科生研究机会计划(UROP)和暑期本科生研究经验(SURE)参与了本研究。他们的培训涉及材料生长、器件制造、分析工具(如原子力显微镜)和光学特性(如光致发光)。教育部分还包括由PI开发一个新的研究生水平课程,并且由co PI不断将其纳入现有课程中。

 
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