基于鉭酸鋰晶片的熱釋電探測(cè)器敏感元研制.pdf

1、基于鉭酸鋰的熱釋電探測(cè)器由于其具有能在常溫下工作、光譜響應(yīng)范圍寬，熱釋電系數(shù)大、價(jià)格便宜和器件制備簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，廣泛用于非接觸式溫度測(cè)量設(shè)備、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器和氣體分析儀中。而鉭酸鋰敏感元是其核心，它的優(yōu)劣直接決定著器件的性能。
　　本論文主要對(duì)鉭酸鋰敏感元的制備進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，研究的具體內(nèi)容包括熱釋電探測(cè)器理論分析、鉭酸鋰晶體拋磨工藝、紅外吸收層的制備與表征以及熱釋電探測(cè)器性能的測(cè)試。
　　首先，分析了熱釋電探測(cè)器的原理和基

2、本性能參數(shù)，接著采用了機(jī)械研磨法和化學(xué)機(jī)械拋光法分別對(duì)鉭酸鋰晶片進(jìn)行了減薄與拋光，分別研究了研磨液濃度、主軸轉(zhuǎn)速、壓力對(duì)減薄速率的影響和溫度、氧化劑濃度、溶液的pH值對(duì)化學(xué)機(jī)械拋光速率的影響，并優(yōu)化了減薄拋光工藝參數(shù)，對(duì)晶片表面形貌作了表征。
　　然后，采用了高壓靜電噴涂法制備油墨-炭黑紅外吸收層，并進(jìn)行了吸收層的表征和吸收率的測(cè)試。研究了電壓和噴涂高度對(duì)吸收層質(zhì)量的影響，當(dāng)電壓16kV，噴涂距離為3cm時(shí)，噴涂量為5μl時(shí)吸收層

3、表面較為均勻平整，厚度為2μm左右，粗糙度為500nm。通過紅外吸收率的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)油墨-炭黑吸收層對(duì)近紅外光的吸收率非常高，達(dá)到了90％以上。
　　最后，對(duì)熱釋電探測(cè)器進(jìn)行了封裝與性能測(cè)試，測(cè)量了不同粗糙度的鉭酸鋰晶片的介電常數(shù)和和介電損耗，對(duì)不同鉭酸鋰厚度、不同入射功率、不同表面粗糙度、不同調(diào)制頻率下的電壓響應(yīng)進(jìn)行了測(cè)試，并通過熱學(xué)仿真分析響應(yīng)電壓波形，同時(shí)測(cè)試比較了不同表面粗糙度敏感元、不同頻率下的噪聲。隨著鉭酸鋰晶片厚度的減

4、小響應(yīng)率逐漸增大，當(dāng)厚度達(dá)到50μm時(shí)，器件響應(yīng)率達(dá)到了4.62×103 V/W。器件的響應(yīng)隨著入射光的功率成正比，在低頻時(shí)探測(cè)器的電壓響應(yīng)隨著頻率的升高而增大，在一定頻率范圍內(nèi)探測(cè)器的電壓響應(yīng)與頻率無(wú)關(guān)，在高頻時(shí)，器件的電壓響應(yīng)隨著頻率升高逐漸減小。敏感元表面經(jīng)過拋光后的器件噪聲明顯減小，粗糙度為Ra50nm的敏感元器件噪聲低到2μV/Hz，通過計(jì)算可得探測(cè)器的等效噪聲光功率為4.3×10-10W/Hz1/2，比探測(cè)率為3.3×108