鎢摻雜氧化釩基非制冷紅外探測(cè)器的制備與性能研究.pdf

1、近年來，非制冷型紅外探測(cè)器由于具有低能耗和低成本的優(yōu)勢(shì)，越來越多地吸引了商業(yè)應(yīng)用方面的關(guān)注。對(duì)于非制冷型紅外探測(cè)器而言，研究人員最關(guān)注兩個(gè)問題，一方面是采取什么樣的方式來優(yōu)化熱敏材料的特性從而獲得理想的器件探測(cè)性能，另一方面是如何改進(jìn)制備探測(cè)器的工藝流程包括微橋結(jié)構(gòu)等來使得熱絕緣性盡量提高。
　　VOx已經(jīng)成為微測(cè)輻射熱計(jì)型非制冷紅外探測(cè)器的核心材料，但純凈的氧化釩材料由于成分與結(jié)構(gòu)單一，比較難滿足現(xiàn)今越來越多元化的需求，所以我們

2、一般可以通過摻雜的方式來提升其性能。
　　本文在探索了微測(cè)輻射熱計(jì)的制備工藝的基礎(chǔ)上，通過磁控濺射法制備了鎢摻雜氧化釩微測(cè)輻射熱計(jì)與非鎢摻雜氧化釩微測(cè)輻射熱計(jì)，然后通過測(cè)試分析電阻溫度特性和光電響應(yīng)與噪聲電壓，探討鎢摻雜對(duì)于微測(cè)輻射熱計(jì)的影響。本文的主要研究?jī)?nèi)容和成果綜述如下:
　　1.利用直流磁控濺射設(shè)備生長(zhǎng)了摻鎢VOx薄膜和非鎢摻雜VOx薄膜。通過測(cè)試，我們得到鎢摻雜氧化釩薄膜室溫電阻為160KΩ，TCR數(shù)值為-3.16

3、9％·K-1，非鎢摻雜氧化釩薄膜室溫電阻為125KΩ，TCR數(shù)值為-3.105％·K-1。在其余條件相同的情況下，鎢摻雜后，器件相變溫度降低了16℃左右，熱滯寬度縮短了5℃左右，器件的響應(yīng)率得到了不同程度的提高最大提高達(dá)到52V/W，噪聲干擾在一定程度上降低了。
　　2.設(shè)計(jì)了工藝流程，采用聚酰亞胺作為犧牲層，在Si襯底上利用光刻技術(shù)成功制備了具有表面微橋結(jié)構(gòu)1×9線陣型氧化釩微測(cè)輻射熱計(jì)，探索了最佳的器件制備工藝方案，采取Si/

4、SiO2/Si3N4/SiO2/Si3N4來作為支撐層，厚度分別為100nm/100 nm/300 nm/100 nm/100nm，以及氧化釩薄膜生長(zhǎng)后就進(jìn)行退火處理，來有效防止微橋結(jié)構(gòu)的斷裂。
　　3.對(duì)單元器件進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)器件的探測(cè)率在一定的范圍內(nèi)存在著一個(gè)極大值，探測(cè)率并不隨著偏置電流的增大而一直增大，本研究中，40μA是探測(cè)率的峰值。并且當(dāng)溫度為800℃，偏置電流為40μA，輻射信號(hào)的調(diào)制頻率分別為40和80 Hz時(shí)，利

5、用鎢摻雜氧化釩作為光敏感層的探測(cè)器的探測(cè)率D*值分別為1.81×108和1.46×108cmHz1/2/W，利用非鎢摻雜氧化釩作為光敏感層的探測(cè)器的探測(cè)率D*值分別為1.72×108和1.37×108cmHz1/2/W。可見，鎢摻雜氧化釩探測(cè)器的探測(cè)率較非鎢摻雜氧化釩探測(cè)器的探測(cè)率高。
　　綜合以上研究表明，這種結(jié)構(gòu)的微測(cè)輻射熱計(jì)型紅外探測(cè)器件可以在未來作為高性能探測(cè)器應(yīng)用，鎢摻雜是可以有效改善氧化釩薄膜性能從而提高探測(cè)器性能的方