氧化釩薄膜材料及非制冷紅外探測(cè)器微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究.pdf

1、紅外探測(cè)器發(fā)展的方向是非制冷、低成本以及小型化?；跓崦綦娮璧臏y(cè)輻射熱計(jì)式紅外探測(cè)器是主流的低成本非制冷紅外熱探測(cè)器之一，近年來越來越受到各國(guó)研究者的關(guān)注。對(duì)其的研究集中在兩個(gè)方面：一是不斷提高探測(cè)材料性能；再一個(gè)是探測(cè)器熱絕緣結(jié)構(gòu)方面的研究和改進(jìn)以獲得高響應(yīng)的探測(cè)器。 具有優(yōu)異熱敏性能的氧化釩薄膜材料是非制冷測(cè)輻射熱計(jì)紅外探測(cè)器的首選的熱敏電阻材料。制備合適的薄膜電阻值且具有大的電阻溫度系數(shù)(TCR)的氧化釩薄膜是實(shí)現(xiàn)高探測(cè)率

2、紅外測(cè)輻射熱計(jì)的基礎(chǔ)。本文利用新穎的對(duì)靶反應(yīng)磁控濺射工藝制備了氧化釩薄膜材料，運(yùn)用正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了工藝參數(shù)的研究，通過選擇不同的工藝參數(shù)和不同的參數(shù)水平，得到了氬氧比例、濺射功率、工作氣壓、基片溫度、基片類型以及真空退火等條件對(duì)氧化釩薄膜性能的影響，確定了最佳工藝參數(shù)。對(duì)得到的氧化釩薄膜的組成、結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了測(cè)試分析。掃描電子顯微鏡(SEM)原子力顯微鏡(AFM)形貌分析表明薄膜具有均勻致密的表面，x射線光電子能譜分析(XPS)確定了其

3、成分組成主要為V2O5、VO2和少量的V2O3；對(duì)氧化釩薄膜電阻溫度特性的研究表明，薄膜成分中各價(jià)態(tài)釩離子的比例對(duì)TCR。和室溫電阻有著重要的影響。釩的總體價(jià)態(tài)越高，室溫電阻越大，TCR也越大；TCR較高并且阻值適當(dāng)?shù)臉悠分校C的總體價(jià)態(tài)接近+4價(jià)。在常用作微測(cè)輻射熱計(jì)MEMS結(jié)構(gòu)層材料的氮化硅基底上沉積氧化釩薄膜所確定的最佳工藝條件為工作氣壓：2.0 Pa，氬氧流速比：Ar:O2=48:0.5，基片溫度：200℃，濺射功率：210W。

4、該工藝條件下薄膜材料在室溫附近具有合適的薄膜電阻(14KΩ/□左右)以及高的溫度電阻系數(shù)(-3.17％/℃)，所研制得到的氧化釩薄膜工藝重復(fù)性好，可以和半導(dǎo)體工藝兼容，非常適合于非致冷紅外測(cè)輻射熱計(jì)探測(cè)器應(yīng)用。 多孔硅材料作為犧牲層材料或絕熱層材料均可為探測(cè)器單元的絕熟結(jié)構(gòu)制作提供新思路和解決途徑。對(duì)具有多孔硅熱絕緣層的氧化硅基底以及直接在硅襯底的氧化硅基底上淀積的氧化釩薄膜熱敏特性進(jìn)行對(duì)比研究表明，采用多孔硅結(jié)構(gòu)可達(dá)到很好的絕