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资源说明：介绍了用于气体传感应用的硅基MEMS红外（IR）发射器的设计，仿真和制造。 使用COMSOL的焦耳加热和热膨胀模型，使用3D有限元方法（3D-FEM）分析了桥式热板结构（BHS）红外发射器和封闭式热板结构（CHS）红外发射器的电热机械耦合特性:trade_mark:。 为了设计自热结构，计算了n和p硅的红外吸收率。 BHS和CHS IR发射器是使用微机电系统技术同步制造的，用于直接性能比较。 两种类型的红外发射器都通过电学和光学测量来表征。 实验结果表明，由于采用了热隔离结构和自热结构，BHS IR发射器比CHS IR发射器具有更高的辐射密度，更低的功耗和更快的频率响应。 同时，仿真结果与相应的测量结果吻合良好，表明3D-FEM模型是有效的，可用于电热装置的优化设计。
本文主要探讨了硅基微电子机械系统（MEMS）红外（IR）发射器的设计、仿真和制造，特别是在气体传感应用中的应用。文章中提到了两种结构的红外发射器：桥式热板结构（BHS）和封闭式热板结构（CHS），并使用三维有限元方法（3D-FEM）对其进行了电热力学分析。
作者通过COMSOL软件的焦耳加热和热膨胀模型，对这两种结构进行了详尽的仿真。这一过程涉及到了电热力学的耦合特性研究，以了解结构在工作状态下的热分布和机械应力变化。这种分析对于理解和优化设备性能至关重要，因为热管理是MEMS设备设计的关键因素之一。
在设计过程中，研究人员计算了n型和p型硅的红外吸收率，这是决定发射器效率的重要参数。吸收率的计算有助于确定材料对红外光的响应，进而影响发射器的辐射能力。
BHS和CHS IR发射器均采用微机电系统技术同步制造，以便进行直接性能比较。实验结果显示，BHS IR发射器由于采用了热隔离结构和自热结构，表现出更高的辐射密度、更低的功耗以及更快的频率响应。这表明BHS结构在电-热转换效率和动态响应方面优于CHS结构。
实验结果与仿真结果的一致性证明了3D-FEM模型的有效性，它为优化电热装置的设计提供了有力工具。通过这种模型，设计师可以预测和调整设备的性能，以满足特定的应用需求。
这项研究为硅基MEMS红外发射器的设计提供了新的见解，强调了3D-FEM分析在理解电热力学耦合效应和提高设备性能方面的重要性。通过优化这些发射器，未来可能实现更高效、更灵敏的气体检测和分析系统，广泛应用于环境监测、安全检测和医疗诊断等领域。
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