用于非制冷热释电红外探测器的PZT铁电薄膜研究

采用溶胶-凝胶和射频磁控溅射相结合的方法制备了PZT铁电薄膜．用溶胶-凝胶法制备一层PZT薄膜作为籽晶层,在衬底PZT(seed layer)／Pt／Ti／SiO2／Si上用射频磁控溅射过量10％Pb的Pb(ZrxTi1-x)O3(x=0．3)陶瓷靶生长厚500nm的PZT铁电薄膜．采用在450℃预退火,575℃后退火的快速分级退火方法对PZT铁电薄膜进行热处理．PZT铁电薄膜获得了较好的热释电性能,热释电系数、介电常数、介电损耗和探测度优值因子分别为P=2．3×10-8C·cm-2·K-1,ε=500,tanδ=0．02,Fd=0．94×10-5Pa-0.5．

非制冷势垒型InAsSb基高速中波红外探测器

高速响应的中波红外探测器在自由空间光通信和频率梳光谱学等新兴领域的需求逐渐增加。中长波XBnn势垒型红外光探测器对暗电流等散粒噪声具有显著抑制作用。本文在GaSb衬底上采用分子束外延技术生长了nBn和pBn两种结构的InAsSb/AlAsSb/AlSb中波红外光探测器材料,并通过微纳加工工艺制备了可用于射频响应特性测试的GSG结构探测器。XRD和AFM的测试结果表明,两种结构的外延片都具有较好的晶体质量。器件暗电流测试结果表明,相较于nBn器件,在室温和反向偏压400 mV的工作条件下,直径90μm的pBn器件表现出更低的暗电流密度0.145 A/cm^(2),说明该器件在室温非制冷环境下表现出较低的噪声水平。不同台面直径的探测器的暗电流测试表明,pBn器件的表面电阻率低于对照的nBn器件的表面电阻率。另外,根据探测器的电容测试结果,可零偏压工作的pBn探测器具有完全耗尽的势垒层和部分耗尽的吸收区,nBn的吸收区也存在部分耗尽。探测器的射频响应特性表明,直径90μm的pBn器件的响应速度在室温和3 V反向偏压下可达2.62 GHz,对照的nBn器件的响应速度仅为2.02 GHz,响应速度提升了29.7%,初步实现了在中红外波段下可快速探测的室温非制冷势垒型光电探测器。

非制冷PbSe中红外光导探测器的研究现状与发展趋势

从类型来看,PbSe属于窄禁带直接带隙半导体材料。在室温条件下,其探测性能类似于制冷型光子红外探测材料。然而,目前PbSe探测器的两种标准制造工艺仍存在技术瓶颈,难以制备出大面积、高性能的PbSe光敏薄膜,导致大面阵、高性能PbSe红外成像系统尚未实现商业化生产。此外,诱发和提升PbSe薄膜红外探测能力的敏化机制和光电探测机理仍未明确,无法对晶圆级PbSe薄膜的敏化过程提供精确、量化的指导。这样也就对进一步优化与提升PbSe红外探测器的性能形成了制约。基于PbSe红外探测器的发展历程,归纳与总结了PbSe红外探测器的器件结构、制备工艺、探测机理等方面的研究成果,并预测了PbSe红外探测器未来的发展趋势。

非制冷红外探测器用热释电陶瓷材料研究进展

热释电材料是非制冷红外探测器的关键敏感材料之一。介绍了非制冷红外探测器用热释电材料的分类以及国内外研究现状,重点评述了介电模式工作的热释电陶瓷材料的研究进展,并指出了它的发展方向。

热释电非制冷红外焦平面探测器热绝缘结构

热释电非制冷红外探测器由于具有可靠性高、成本低、无需制冷等优点,使其得到了广泛应用。在热释电探测器中,热绝缘结构具有红外热转换、机械支撑和热隔离等作用。良好的热绝缘结构是减小探测器热导率和改善其性能的关键。采用半导体光刻技术和牺牲层技术,在硅基底上制备了由牺牲层和Si3N4薄膜组成的微桥结构,该方法使探测器的微桥结构的制备与半导体工艺相兼容,并通过优化工艺参数,提高了微桥结构的机械强度,减小了热导,解决了制备热绝缘结构的关键技术,制备了像元中心距为50μm、填充因子为40%～60%、耐受温度≥500℃的320×240微桥列阵,该结构为制备高性能非制冷焦平面探测器奠定了基础。

混成式热释电非制冷红外焦平面探测器研究

热释电非制冷红外焦平面探测器在军民领域具有广阔的应用前景。为了实现探测器的国内工程化研制,采用混成式技术,成功研制了基于锆钛酸铅(PZT)铁电陶瓷材料,像元尺寸为35μm×35μm,列阵规模为320×240元的非制冷红外焦平面探测器。通过自主设计,研发的非制冷焦平面测试平台,得到了此器件的基本性能参数平均电压响应率1.1×105V/W,平均探测率5.6×107cm·Hz1/2·W-1,并实现了该探测器热成像。结合实际的研究工作,较为系统地介绍和讨论了热释电非制冷红外焦平面研制过程中各项关键技术。在器件光电响应测试数据分析的基础上,进一步提出下一阶段研究工作的重点和器件性能优化的方向。

一种用于非制冷红外探测器的高速比较器

为了提高红外探测器模数转换的速度与精度,设计了一种用于非制冷红外焦平面阵列探测器片上14位10 MSps逐次逼近型模数转换器的高速比较器。本比较器采用前置放大器、动态高速度锁存器和新型输出缓冲器的三联级结构,并通过输入、输出失调存储的方式对各级放大器进行失调电压消除,使比较器工作的速度与精度得到提高。结果表明:基于TSMC 0.18μm 1P6M工艺进行设计与仿真,在电源电压为5 V的情况下,该比较器的采样速率为200 MSps,失调电压为32.63 V,传输延时为259 ps,-3 dB带宽为1.11 GHz。该比较器相较于其他的设计,具有更小的失调电压以及传输延时,满足逐次逼近型模数转换器对其比较器速度与精度的要求。

非制冷型热释电薄膜红外探测器的制备及应用

介绍了室温非制冷型热释电薄膜红外探测器的原理和优势。从热释电材料的选择及器件的结构设计等方面阐述了热释电薄膜红外探测器的制备技术和研究动向,并归纳了器件的主要应用领域。

钛酸锶钡热释电薄膜及其非制冷红外探测器研究

开展了钛酸锶钡(BST)热释电薄膜材料制备工艺研究,及其在单元器件和焦平面器件中的应用研究.在删Pt/Ti/SiO2/Si衬底上,用倒筒靶射频溅射方法制备了BST热释电薄膜.通过低温缓冲层技术和调控自偏压的方法,降低了BST薄膜的生长温度,提高了BST薄膜的c轴取向度和耐压特性,解决了薄膜制备的均匀性和一致性问题,使薄膜热释电系数达到6.7×10-7Ccm-2K-1.利用微细加工的方法,制备出全集成的BST薄膜单元红外探测器,抗过载能力强,探测器达到8×107cmHz1/2W-1,可以满足"灵巧弹药"的使用要求.实验表明,制备BST热释电薄膜的工艺不会对新型的耐高温读出电路造成破坏,为研制高性能的BST薄膜型焦平面探测器奠定了基础.

混成式热释电非制冷红外焦平面探测器技术

介绍了混成式热释电焦平面探测器的基本结构和主要制备工艺流程以及国内外研究现状。混成式热释电焦平面探测器的关键制备技术主要包括热释电材料的优选与减薄技术,铟柱倒装焊混成技术、热隔离技术和读出集成电路技术等。指出了混成式热释电焦平面探测器的发展趋势。

基于超材料吸收器的非致冷微红外热探测器

研究了一种基于超材料结构的红外热探测器,该探测器利用光学超材料的局域场增强效应和热释电材料的温度敏感特性,实现对红外辐射的探测。利用有限元分析方法,研究了超材料吸收器的红外吸收特性和电磁场特性,分析了超材料吸收器与热释电材料(LiTaO_(3))耦合结构的热学性能。结果表明,设计的超材料吸收器,可在3~15μm范围内调制峰值波长(主要覆盖大气窗口(8~14μm)),吸收率可达99.9%,带宽范围为0.2~1.0μm。当探测器的尺寸为23μm×23μm时,探测器稳态温度升高量为0.311 K,与类似工作相比,温度提升了约21倍。改进的红外热探测器具有显著的温度响应,适用于大规模像元级非致冷中远红外波段的热成像与传感应用。

非制冷热释电薄膜红外探测器热绝缘结构的研制

采用由多孔 Si O2 薄膜和过渡 Si O2 薄膜组成的复合薄膜结构实现了非制冷热释电薄膜红外探测器的热绝缘 .利用溶胶凝胶方法制备了多孔 Si O2 薄膜以及过渡 Si O2 薄膜 ,通过优化制备工艺 ,使得多孔 Si O2 一次成膜厚度达到30 70 nm ,孔率达到 5 9% ;过渡 Si O2 一次成膜的厚度达到 1 88nm,孔率达到 4 % .AFM表明 ,由过渡 Si O2 薄膜与多孔Si O2 组成的复合薄膜结构的表面粗糙度远小于多孔 Si O2 薄膜的表面粗糙度 .

非制冷红外探测器用热释电材料的研究进展

分析了热释电非制冷红外探测技术的优势,介绍了当前应用较广泛的各种非制冷红外探测器用热释电材料,即单晶材料、高分子有机聚合物及复合材料和金属氧化物陶瓷及薄膜材料,并预计了热释电材料的发展趋势。指出了铁电性热释电陶瓷材料的优越性,其应用分为正常热释电体、介电测辐射热型热释电体和弥散相变热释电体,并分别列出了具有代表性材料的研究结果。最后,指出了研究高性能、大尺寸、易加工的热释电薄膜材料的制备技术,是未来红外探测器用热释电材料的发展的关键;并在此基础上结合半导体集成工艺,制备高性能、大规模的热释电红外焦平面阵列。

非制冷红外探测器陶瓷封装结构优化及可靠性分析

陶瓷封装是非制冷红外探测器最主流的封装形式,封装的低成本、小型化和高可靠性是发展方向。在某款陶瓷封装探测器结构的基础上,提出一种优化结构,优化后成本降低约5%、体积缩小约30%。基于ANSYSWorkbench有限元分析软件,从网格数量无关性验证出发,分析了非制冷红外探测器陶瓷封装原始结构和优化结构各组件在10.2G随机振动环境和500g半正弦波冲击振动环境的最大等效应力和最大形变,结果显示两种结构均满足可靠性要求。在此基础上,本文对优化结构红外窗口的不同材料和不同厚度进行了500g半正弦波冲击振动环境可靠性仿真,结果表明:0.3 mm~1.0 mm厚度锗窗口和硅窗口均满足可靠性要求,最大等效应力和最大形变与窗口厚度呈负相关,相同厚度的红外窗口,硅窗口比锗窗口可靠性表现更好。本文的研究为非制冷红外探测器陶瓷封装形式的后续结构设计和仿真计算提供了参考。

热探测器温度对非制冷红外热像仪测温的影响

根据红外辐射理论和热像仪测温原理 ,给出了热探测器非制冷红外热像仪的温度计算公式 ;针对热探测器热像仪 ,分析了探头温度对热像仪测量结果的影响。

微机械非制冷红外热电堆探测器

近年来,非制冷红外探测器应用和开发一直是令人关注的焦点之一,详细介绍了几种现阶段流 行的非制冷热电堆探测器的工艺制作方法以及所用材料,并介绍了近几年来热电堆探测器的发展情况。

非制冷红外焦平面探测器热敏薄膜技术研究进展

近年来红外探测技术在军事和民用领域得到了迅速的发展,非制冷红外探测器以其低成本、小型化、非制冷等优势在红外探测系统发展中占据着重要的地位。本文总结了国内外非制冷红外探测器的发展现状,分析了两种主要的非制冷红外探测器技术路线的特点及差异,并给出了这两种技术路线后续发展趋势。

非晶YBCO薄膜热释电红外探测器

介绍了非晶YBCO薄膜用作非制冷热释电红外探测器材料。它在室温下显示出强的热释电行为,并且容易在室温下采用射频磁控溅射法沉积,制备工艺与CMOS工艺相兼容,是一种很有潜力的热释电探测器材料。并介绍了非晶YBCO热释电薄膜的研究现状,阐述了该薄膜及其探测器的制备技术和研究动向。

常见非制冷红外探测器技术及应用分析

随着设计和制造能力的不断提升,以及国内供应商的不断崛起,非制冷红外探测器芯片价格在不断降低,尤其是AI技术的兴起给红外探测器信号处理能力带来了翻天覆地的变化,非制冷红外探测器技术的应用不断的多元化。本文章由红外探测器的工作原理入手,并进一步分析了热电堆型、二极管型、热敏电阻型、热释电型和热敏电容型五种非制冷探测器的技术特点及其优缺点,并对其应用领域做了简单的分析。

非制冷红外探测器多孔硅绝热层的研究

以多孔硅作为绝热层材料,采用超高真空对靶磁控溅射镀膜法,在多孔硅样品表面和硅基底表面沉积氧化钒薄膜。实验采用电化学腐蚀法制备多孔硅,利用场致发射扫描电子显微镜观测了孔隙率为50%,60%,70%三个多孔硅样品的微观形貌。利用显微喇曼光谱法测量其热导率,分别为8.16,7.28和0.624W/mK;利用纳米压入仪测量氧化钒薄膜的显微硬度和杨氏模量,测得沉积在孔隙率为50%,60%,70%的多孔硅基底上氧化钒薄膜的显微硬度分别为1.917,0.928和0.13GPa,杨氏模量分别为31.087,16.921和2.285GPa,而沉积在单晶硅基底的氧化钒薄膜的显微硬度和杨氏模量分别为10.919GPa和193.792GPa,并分析了微观结构差异对多孔硅绝热性能和机械性能的影响,为非制冷红外探测器的工艺制作过程提供一定的热学力学参数。