MEMS热电堆探测器性能仿真方法及装置.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115238496A(43)申请公布日2022.10.25(21)申请号202210866359.1(22)申请日2022.07.22(71)申请人江苏创芯海微科技有限公司地址214135江苏省无锡市新吴区菱湖大道200号E2-112(72)发明人丁雪峰张琛琛倪悦毛海央(74)专利代理机构无锡华源专利商标事务所(普通合伙)32228专利代理师过顾佳(51)Int.Cl.G06F30/20(2020.01)G06F17/18(2006.01)G06F119/08(2020.01)权利要求书3页说明书8页附图1页(54)发明名称MEMS热电堆探测器性能仿真方法及装置(57)摘要本发明涉及一种MEMS热电堆探测器性能仿真方法及装置。其提供待性能仿真的热电堆探测器，并确定所述热电堆探测器的红外加权吸收率；利用一热辐射装置对上述的热电堆探测器热辐射时，以得到在所述热辐射装置热辐射下的热辐射输出电压，根据热辐射输出电压、红外加权吸收率αq以及黑体辐射加权功率密度Mz仿真确定热电堆探测器的性能。本发明能有效实现对热电堆芯片性能的仿真计算，提高仿真计算的精度与可靠性。CN115238496ACN115238496A权利要求书1/3页1.一种MEMS热电堆探测器性能仿真方法，其特征是：提供待性能仿真的热电堆探测器，并确定所述热电堆探测器的红外加权吸收率αq，其中，在确定所述热电堆探测器的红外加权吸收率αq时，将所需不同波长的红外光波分别依次入射到热电堆探测器红外吸收区相应的红外吸收设定区域，以确定每个红外吸收设定区域在所入射红外光波下的点吸收率，以及与入射红外光波对应的黑体在温度T下的黑体辐射区间功率密度；根据每个红外吸收设定区域的点吸收率以及黑体辐射功率区间功率密度，加权计算后得到热电堆探测器的红外加权吸收率αq与黑体辐射加权功率密度Mz；利用一标准黑体对上述的热电堆探测器热辐射时，以得到在所述标准黑体热辐射下的热辐射输出电压，根据热辐射输出电压、红外加权吸收率αq以及黑体辐射加权功率密度Mz仿真确定所述待性能仿真热电堆探测器的性能。2.根据权利要求1所述的MEMS热电堆探测器性能仿真方法，其特征是：确定热电堆探测器的红外加权吸收率αq时，红外光波利用显微红外光谱仪产生并入射到相应的红外吸收设定区域；显微红外光谱仪产生红外光波的光斑大小可调，以使得红外光波的光斑与所述红外光波所入射的红外吸收设定区域匹配，显微红外光谱仪产生红外光波的光斑大小为1μm～1000μm。3.根据权利要求1所述的MEMS热电堆探测器性能仿真方法，其特征是，根据每个红外吸收设定区域的点吸收率，加权计算得到红外加权吸收率αq时，则有：其中，为红外吸收设定区域在波长为λi的点吸收率，n为入射到红外吸收设定区域的红外光波数量，Sj为第j个红外吸收设定区域的面积，m为热电堆吸收区的设定区域的数量。4.根据权利要求3所述的MEMS热电堆探测器性能仿真方法，其特征是，黑体在温度T下的黑体辐射区间功率密度为：其中，M(λi,λi+Δλi,T)为黑体辐射区间功率密度，λi为第i个入射到红外吸收设定区域红外光波的波长，T为黑体的绝对温度，c为光速，h为普朗克常数，κ为波尔兹曼常数；根据所述黑体在温度T下的黑体辐射区间功率密度，则黑体辐射加权功率密度Mz为：其中，Δλi为第i个入射到红外吸收设定区域红外光波的波长区间宽度。5.根据权利要求1所述的MEMS热电堆探测器性能仿真方法，其特征是，热电堆探测器为2CN115238496A权利要求书2/3页悬臂梁型热电堆探测器时，红外加权吸收率αq包括上表面红外加权吸收率αq1以及下表面红外加权吸收率αq2，αq＝αq1+αq2，其中，上表面红外加权吸收率αq1为将红外光波入射到热电堆探测器的红外吸收设定区域正面得到的加权吸收率，下表面红外加权吸收率αq2为红外光波反射到热电堆探测器的红外吸收设定区域背面得到的加权吸收率。6.根据权利要求1至5任一项所述的MEMS热电堆探测器性能仿真方法，其特征是，所述热电堆探测器的性能包括响应率，其中，根据热辐射输出电压、红外加权吸收率αq以及黑体辐射加权功率密度Mz确定热电堆探测器的响应率时，则有：其中，Rv为响应率，ΔU为在标准黑体的热辐射下热电堆探测器的输出电压，ω为标准黑体辐射测试中斩波器结构相关系数，S为热电堆探测器红外吸收区的总面积。7.根据权利要求1至5任一项所述的MEMS热电堆探测器性能仿真方法，其特征是，所述热电堆探测器红外吸收区的红外吸收设定区域包括热偶、热偶间、热端连接端、金属区域和/或吸收区纯介质层。8.根据权利要求2所述的MEMS热电堆探测器性能仿真方法，其特征是，显微红外光谱仪产生红外光波的波长为2.5μm～20μm。9.一