Emisores infrarrojos MEMS autocontenidos a nivel de oblea con superficie de silicio negro de alta emisividad

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales
• Ingeniería eléctrica
• Ingeniería mecánica

Sus antecedentes:

• Los sensores de gas infrarrojos (IR) requieren emisores IR de micrsistemas electromecánicos (MEMS) muy fiables.
• Los dispositivos existentes enfrentan desafíos de durabilidad a altas temperaturas y en aire ambiente.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y fabricar un emisor IR MEMS autocontenido a nivel de oblea (SPIRE) para mejorar la durabilidad.
• Mejorar el rendimiento y la longevidad de los emisores IR para aplicaciones de detección de gas.

Principales métodos:

• Fabricación de elementos calefactores y sensores de alambre de Pt en una membrana de silicio, sellada al vacío mediante unión anódica de Si-vidrio.
• Incorporación de una nanostructura de silicio negro para aumentar la emisividad IR.
• Simulación de propiedades eléctricas-térmicas-mecánicas utilizando COMSOL Multiphysics para la optimización del diseño.

Principales resultados:

• Se logró una intensidad de potencia de emisión de luz de 172 mW/Sr/µm con una longitud de onda pico de 6,1 µm.
• Se demostró un ancho de banda de 3 dB de 52 Hz, alcanzando una temperatura superficial de 400 °C con una potencia de accionamiento de 850 mW.
• Se estimó una vida útil de 10 años a una temperatura de trabajo de 500 °C basada en pruebas de envejecimiento acelerado.

Conclusiones:

• El emisor IR MEMS autocontenido a nivel de oblea (SPIRE) ofrece mayor durabilidad y fiabilidad.
• La nanostructura de silicio negro y el sellado al vacío contribuyen a mejorar el rendimiento y la longevidad.
• La tecnología SPIRE es adecuada para aplicaciones de alta temperatura y aire ambiente en la detección de gas IR.