К.В. Корсак1, П.Э. Новиков2, И.Ю. Ловшенко3, В.Р. Стемпицкий4, Дао Динь Ха5, Чан Туан Чунг6, Д.С. Левчук7, А.Е. Жамойть8, А.И. Занько9, Я.А. Соловьев10

1–4 УО «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (г. Минск, Республика Беларусь)
5,6 Вьетнамский государственный технический университет им. Ле Куй Дона (г. Ханой, Социалистическая Республика Вьетнам)
7–10 ОАО «ИНТЕГРАЛ» – управляющая компания холдинга «ИНТЕГРАЛ» (г. Минск, Республика Беларусь)
1 k.korsak@bsuir.by, 2 p.novikov@bsuir.by, 3 lovshenko@bsuir.by, 4 vstem@bsuir.by, 5 daodinhha@lqdtu.edu.vn,
6 trantuantrungcan@gmail.com, 7 DLevchuk@integral.by, 8 AZhamoit@integral.by, 9 AZanko@integral.by, 10 JSolovjov@integral.by

Постановка проблемы. Проектирование неохлаждаемых тепловых детекторов болометрического типа (микроболометров) требует точного управления геометрическими параметрами конструкции (толщиной слоев и топологией) для достижения оптимальных тепловых характеристик. Неоптимальный выбор этих параметров приводит к ухудшению ключевых эксплуатационных показателей: снижению чувствительности, увеличению времени отклика и падению энергоэффективности устройства. В связи с этим особую актуальность приобретает систематическое исследование влияния толщины функциональных слоев и топологических особенностей пикселя на его рабочие характеристики.

Цель. Определить посредством компьютерного моделирования степень влияния структурно-топологических параметров конструктивных слоев микроболометрического пикселя на его термодинамические и механические характеристики.

Результаты. С помощью компьютерного моделирования установлено, что диэлектрические слои имеют небольшое влияние на теплоемкость и теплопроводность, а также минимальное влияние на деформацию конструкции и постоянную времени. Выявлено, что при увеличении толщины происходит рост теплопроводности и теплоемкости в одинаковой степени, что приводит к отсутствию отклика постоянной времени на изменение толщины. При этом нижний пассивирующий слой влияет на механическую деформацию микроболометрического пикселя, являясь опорным слоем мембраны. Отмечено, что увеличение толщины этого слоя от значения 0,5 до 1,0 от номинального приводит к уменьшению максимального абсолютного отклонения по оси Z более чем на 60%. Показано, что наибольшее влияние на теплопроводность и теплоемкость конструкции оказывают термочувствительный и токопроводящий слои соответственно, так как значения теплопроводности G и теплоемкости C их материалов являются наибольшими из всех используемых. Установлено, что ширина ножек микроболометрического пикселя оказывает максимальное влияние на теплопроводность G: при увеличении ширины ножек увеличивается влияние токопроводящей пленки на теплопроводность, что впоследствии уменьшает тепловое сопротивление конструкции и приводит к пропорциональному уменьшению постоянной времени τ.

Практическая значимость. Полученные данные могут быть использованы при разработке микроболометров с улучшенной механической надежностью и заданным тепловым откликом.

1. Морозов А.М. и др. Медицинское тепловидение: возможности и перспективы метода // Медицинский совет. 2022. Т. 16. № 6. С. 256–263.
2. Chaturvedi A., Kumar P., Rawat S. Proposed noval security system based on passive infrared sensor. 2016 International Conference on Information Technology (InCITe)-The Next Generation IT Summit on the Theme-Internet of Things: Connect your Worlds. 2016. P. 44–47.
3. Gaur A. et al. Fire sensing technologies: A review. IEEE Sensors Journal. 2019. V. 19. № 9. P. 3191–3202.
4. Yadav P. V. K. et al. Advancements of uncooled infrared microbolometer materials: A review. Sensors and Actuators A: Physical. 2022. V. 342. P. 113611.
5. Lee H.J. et al. Wide-temperature (up to 100 C) operation of thermostable vanadium oxide based microbolometers with Ti/MgF2 infrared absorbing layer for long wavelength infrared (LWIR) detection. Applied Surface Science. 2021. V. 547. P. 149142.
6. Kolovsky A.A. Computer Modeling of MEMS Components. Problems of Development of Promising Micro and Nanoelectronic Systems. 2008. V. 1. P. 398.
7. MATLAB [Electronic resource]. URL: https://www.mathworks.com/products/matlab.html (date of access: 05.05.2025).
8. Cadence | Computational Software for Intelligent System Design [Electronic resource]. URL: https://www.cadence.com (date of access: 05.05.2025).
9. Микроболометр в двух спектральных диапазонах [электронный ресурс]. URL: https://astrohn.ru/2018/02/09/microbolometr/ (Дата доступа: 05.05.2025).
10. The Materials of Uncooled Infrared Detectors [Electronic resource]. URL: https://www.gst-ir.net/news-events/infrared-knowledge/ 355.html (date of access: 05.05.2025).
11. Производство тепловизионных детекторов [электронный ресурс]. URL: https://astrohn.ru/production/proizvodstvo-teplovizionnyh- detektorov/ (Дата доступа: 05.05.2025).