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《非制冷红外探测器夹层厚膜工艺及介电性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、11042009年第7期(40)卷*非制冷红外探测器夹层厚膜工艺及介电性能研究1,21112范茂彦,姜胜林,谢甜甜,张洋洋,张丽芳(1.华中科技大学电子科学与技术系,湖北武汉430074;2.玉溪师范学院,云南玉溪653100)摘要:以钡、锶和锰醋酸盐为原料,采用新型溶胶冷红外焦平面阵列是21世纪红外探测器的发展方向。-凝胶法制备锰掺杂4%mol、Ba/Sr分别为60/40、其中,铁电焦平面因其响应时间快,敏感波段宽等优65/35和70/30的纳米粉体,均匀分散于组分相同的点,成为最有竟争力的薄膜型非致冷红外焦
2、平面阵列。BST溶胶中,形成稳定的厚膜先体凝胶。浓度0.4铁电焦平面分为热释电模式和介质测辐热模式,其中mol/L钛酸钡凝胶薄膜种子层,作为不同组分厚膜之介质测辐热模式主要采用钛酸锶钡(BST)或钽酸钪铅[2,3]间的中间夹层。利用旋转涂覆工艺在LNO/Pt/Ti/(PST)。锰掺杂钛酸锶钡[Mny(Ba1-x-y/2Srx-y/2)SiO2/Si复合底电极上,制备出厚度约为6~10Lm的TiO3](简称为BST)是一种典型钙钛矿结构复合材BST介电增强型夹层厚膜。XRD测试结果表明,料,与其它常用热释陶瓷电材
3、料相比,具有很高的热释650e热处理2h后的夹层厚膜为单一钙钛矿相,750e电系数、较大的介电常数,低的介电损耗,热释电探测热处理后2h的夹层厚膜在室温、环境温度25e、频率优值可以提高数倍以上,器件兼容性好,与半导体器件1kHz下相对介电常数Er和介质损耗tanD分别约为集成等特点,引起各国科学家的极大关注[4]。1200和0.03,室温25e附近较宽范围介温变化率>目前,铁电薄膜的择优取向结构和薄膜性能之间1.2%/e;BST夹层厚膜无裂纹出现,表面平整,致的关系引起了人们的极大关注[5,6],影响薄膜择优
4、取向密,是制备大阵列非制冷红外焦平面阵列(UFPA)的[7]的因数有很多,其中,衬底是主要的因数之一。通过优选材料。改变衬底的组成和结构,可以直接改变铁电薄膜的择关键词:红外;新型sol2gel技术;LNO/Pt复合底电优取向结构,从而最终改善薄膜的各种性能。另外,电极;夹层厚膜;介电增强极材料也是目前研究铁电器件的关键内容,不同底电中图分类号:TG142.2文献标识码:A-6极材料的热膨胀系数有所不同,如APt=9@10/e,文章编号:100129731(2009)0721104204-6ARuO2=5.2@
5、10/e,它们与BST的值(ABST=4@-61引言10/e)存在差异,在沉积或退火处理的过程中,若BST与底电极热膨胀系数失配严重,BST薄膜可能会非制冷热像仪研制始于上世纪70年代中期。美出现裂纹,裂纹对BST薄膜的介电性能会有明显的影国国防部夜视和光电管理局制定了一系列计划推进了响。用作BST薄膜探测器的电极材料,要求有较低的非制冷热释电探测器技术的发展。这一领域的最早开电阻率、良好的热稳定性、足够的抗氧化能力以及较好发者之一是得克萨斯仪器公司,1979年该公司制成了的吸附性等。为了解决Pt电极易使铁电薄
6、膜出现老100@100元的钛酸锶钡铁电陶瓷焦平面列阵,1981年[8]化、疲劳等问题,导电氧化物作为铁电薄膜的电极材成功地开发了二维网格化技术,提高了单元探测器绝[9,10]料受到人们的重视。用一些具有类似于BST薄热性能,降低了串音。目前,铁电型非制冷探测器有代表性的主要是以下两家公司产品[1]:(1)德州仪器公司膜晶格常数的金属氧化物材料(如LNO、YBCO、SRO)作底电极,使BST与底电极间的界面层有希望获得较(TI)研制的铁电型焦平面探测器已商业化,其阵列为320@240元,像元尺寸48.5Lm@48
7、.5Lm,工作温度好的晶格匹配,减小甚至消除界面缺陷和表面态,从而22e,工作波段7~14Lm,噪声等效温差(NETD)<减小漏电流和介电老化。同时将它们用作底电极,70mK;(2)英国宇航系统公司红外有限责任公司采用BST将会外延生长成单晶薄膜,而单晶薄膜较多晶薄钽钪酸铅(PST)研制的铁电型非制冷焦平面探测器膜有更好的介电性能和稳定性。其中,LaNiO3和手持热像仪,像元阵列达到256@128;像元中心距(LNO)薄膜作为一种类钙钛矿结构的金属氧化物,由*81/2-1于其晶胞参数(a=3.84)与BST铁电
8、薄膜非常接近,56Lm;探测率D约7@10cmHzW;NETD<120mK。TI公司开发的钛酸锶钡(BST)陶瓷材料,不使之不仅可作为电极材料,而且还可以作为籽晶层来仅具有内在的热释电特性,还具有可被电场增强的热优化铁电薄膜的结构和性能,成为铁电薄膜底电极的电特性。为了红外系统的微型化、智能化,薄膜型非致首选材料之一,使BST薄膜的介电常数增大、损耗因*基金项目:国家重点基础研究发展计
