钽酸锂薄膜材料及其热释电红外传感器应用研究进展

介绍了钽酸锂薄膜材料及其热释电红外传感器应用研究概况;简要阐述了热释电红外传感器的工作原理;着重分析了钽酸锂薄膜材料的新制备技术,以及在热释电红外传感器应用方面的研究现状;指出了钽酸锂薄膜材料及其热释电红外传感器应用研究发展前景。

溶胶凝胶钽酸锂薄膜热释电红外探测器的设计与制备(英文)

在带微桥结构的石英玻璃基底上设计了一种新型Al-LiTaO3-ITO红外探测结构。在响应／参考双单元结构框架下，由振动、环境温度变化和日照变化引起的无效信号输出在前置放大电路处被消除掉了。用醋酸锂和乙醇钽作为起始反应物，通过溶胶凝胶工艺生成了对红外敏感的钽酸锂薄膜，并详细讨论了基于钽酸锂薄膜的红外探测器件制备工艺。用ITO衬底作下电极，蒸镀的Al点作上电极，在室温条件下测试了薄膜的介电特性，在1kHz处，介电常数为53．28，在40～10kHz内，介电损耗和介电系数呈下降趋势。器件的电压响应和比探测率测试结果表明75Hz处得到响应电压峰值9685V／W，器件的比探测率在70-100Hz区域保持在6．12×10^8cmHz^1／2 W^-1附近。

新型钽酸锂薄膜热释电系数测试研究

用溶胶-凝胶法在导电的Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了一种1μm厚的新型钽酸锂薄膜;采用直流电压对新制备的薄膜进行了极化;选择了电荷积分法,设计了与钽酸锂薄膜阻抗匹配的测试电路,组建了新的水浴搅拌加热的热释电系数测试系统,完成了薄膜的热释电系数测试。测试结果表明,钽酸锂薄膜有较好的热释电特性,在6V、15min极化条件下,测得热释电系数为122.8μC/m2K,测试精度为1.14%,说明新开发的测试系统对新材料热释电系数测试具有重要的实用价值。实验误差分析表明,采用适合的搅拌速度和加热功率、采用更高精度的温度传感器,设计完全匹配的测试电路,是进一步提高钽酸锂薄膜热释电系数测试精度的最有效途径。

钽酸锂薄膜红外探测器探测性能的模拟研究

建立了热释电钽酸锂薄膜红外探测器理论模型,用五层薄膜系统模拟了探测器结构,用钽酸锂晶体参数,模拟了探测器结构参数与探测率等性能指标之间的关系,研究了硅衬底厚度和钽酸锂薄膜厚度对探测器性能的影响。模拟结果显示,硅衬底彻底腐蚀形成悬空结构是减小探测器热传导损耗的最有效途径;热释电钽酸锂膜层越薄,器件探测率越高。探测器电压响应同时取决于钽酸锂膜层厚度和探测器外接电路参数。使探测器整体性能最佳的钽酸锂膜层厚度为1～2μm。

基于钽酸锂薄膜衬底的声表面波谐振器

在5G通信时代,声表面波(SAW)滤波器作为射频前端滤波器的一种重要解决方案,面临着频率提升和带宽拓展的双重困难,其性能优劣直接影响整个通信系统的质量.近年来,随着离子切片技术的成熟,压电单晶薄膜技术给SAW滤波器带来了新转机.与传统的42°Y切钽酸锂(LiTaO3)衬底相比,基于离子切片技术的同切型钽酸锂-二氧化硅-硅(42°Y-cut LiTaO3-on-insulator,42-LTOI)衬底能有效提升器件的性能.通过研究基于42-LTOI衬底的SAW谐振器的设计参数与其各性能指标(性能系数、机电耦合系数、寄生模式抑制)之间的关系,可以为进一步设计满足5G通信频段要求的SAW滤波器提供指导.通过理论分析、有限元仿真与实验测试相对比的方法,在谐振器优化设计方面得到以下结论:增加谐振器的电极对数或者电极孔径,能够有效提升器件的性能系数,其中增加电极对数的作用更为明显;在具有相同静态电容的谐振器中,电极孔径与电极对数的比值越小(即谐振器的形状在声波传播方向上越狭长),器件的性能系数越高;谐振器的机电耦合系数随电极周期增加呈现先增大后减小的趋势,在本实验使用的衬底参数下,当电极周期为1.8μm时,具有10.8%的理论最大值;谐振器的寄生模式响应会随电极对数的增加而逐渐增强,采用赝电极结构可以有效抑制寄生响应.

硅基钽酸锂压电单晶复合薄膜材料及应用

绝缘体上压电基板(POI)是一种新兴的压电单晶复合薄膜结构材料。POI基板由压电单晶材料薄层(单晶钽酸锂/铌酸锂)、二氧化硅层及高阻硅衬底构成,采用Smart-Cut工艺制备,可保证板层高均匀度及高质量的批量生产。通过这种基板可设计满足5G通信要求的高性能集成声表面波(SAW)谐振器和滤波器。基于POI材料制备的SAW器件具有高频、高品质因数(Q)值、低温度敏感性及较大带宽等优良特性,同时还能在同一芯片上集成多个SAW滤波器,具有广阔的市场应用前景。该文介绍了POI基板的制备、国内外的研究现状及POI基板在高性能SAW滤波器中的应用,综述了制备POI基板的关键技术并展望了未来的发展趋势。

阳极氧化钽酸锂薄膜在NaOH溶液中的腐蚀行为研究

通过阳极氧化法在高纯钽片表面制备了钽酸锂复合薄膜,采用浸泡失重法和电化学测试法考察了镀膜前后样品在10%(质量分数) NaOH溶液中的腐蚀行为。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜及能谱仪分别对薄膜的物相组成、表面及截面形貌、膜层厚度进行了测试分析。结果表明,阳极氧化后得到的复合薄膜由钽酸锂和氧化钽组成;该薄膜与基体之间结合良好,厚度约3μm;镀膜后样品的质量腐蚀速率至少减少了6倍,腐蚀电流密度下降了2个数量级,腐蚀96 h后样品表面没有明显变化。而对比的纯钽样品却发生了严重的腐蚀反应,生成了很多长条状和多棱柱状的腐蚀产物Na3TaO4、Na2Ta2O6和Na8Ta6O19。

钽酸锂单晶薄膜的退火处理与微结构分析

离子注入剥离技术制备的钽酸锂单晶薄膜可用于高品质因数和低热漂移窄带射频滤波器,但高能离子注入使钽酸锂薄膜存在缺陷及晶格损伤,限制了器件性能的提升,无法充分发挥单晶薄膜的性能优势。使用退火工艺对钽酸锂薄膜进行损伤修复,采用拉曼光谱对不同温度退火的钽酸锂薄膜进行表征测试,分析了退火温度对钽酸锂薄膜成分和缺陷的影响。结果表明,退火处理修复了钽酸锂薄膜的锂空位缺陷,降低了钽酸锂薄膜的氧空位等成分偏析。

ITO衬底上LiTaO_3薄膜的制备与介电特性

用溶胶凝胶法在ITO衬底上制备了钽酸锂(LiTaO3)薄膜,利用XRD、SEM和AFM对薄膜的晶向、表面形态等作了表征;研究了不同溶剂对LiTaO3溶胶稳定性的影响和不同退火条件对LiTaO3薄膜结晶的影响;利用Al/LiTaO3/ITO结构,测试了薄膜的介电系数和介电损耗.结果表明:每层薄膜都晶化退火比交替使用焦化、结晶退火能生长出质量更好的LiTaO3薄膜;频率1KHz时,介电损耗约0.4,相对介电系数约53.并讨论了介电损耗增大的原因.