鋯鈦酸鉛陶瓷紅外探測器制備與性能研究.pdf

1、鋯鈦酸鉛(PZT)材料是一種典型的鐵電材料,具有優(yōu)良的熱釋電性能。針對國內(nèi)熱釋電紅外探測器存在生產(chǎn)效率低和性能較差的缺點,本論文以鋯鈦酸鉛(PZT)陶瓷作為敏感元,從制備工藝和器件設(shè)計入手,分別對炭黑紅外吸收層的圖形化、PZT敏感元的加工工藝和器件熱絕緣結(jié)構(gòu)進行研究,從而進一步提高探測器的生產(chǎn)效率和探測性能。本論文完成了二元單通道和四元雙通道探測器的器件設(shè)計與制備,并利用熱釋電紅外探測器性能測試系統(tǒng)對器件的電壓響應(yīng)率(RV)、噪聲等效功

2、率(NEP)、探測率(D*)及熱響應(yīng)時間(τT)等性能指標(biāo)進行測試。
　　1、通過紫外感光油墨光刻工藝來實現(xiàn)吸收層圖形化,滿足工業(yè)化生產(chǎn)的要求。當(dāng)油墨組分比例為3:1:0.5,甩膠參數(shù)為2800rpm、30s,曝光時間為2min時,可以獲得邊緣清晰、圖形完整、表面有孔洞存在和吸收性能極佳的油墨吸收層,其在3μm~5μm和8μm~14μm兩個大氣窗口的吸收率分別為86％~90％和82％~89％。
　　2、從電路設(shè)計、敏感元設(shè)計

3、、熱絕緣結(jié)構(gòu)和封裝設(shè)計四個方面完成了二元單通道和四元雙通道探測器的器件設(shè)計。使用紫外感光油墨光刻工藝、紫外激光加工工藝、超聲壓焊技術(shù)以及自動點膠等工藝,完成了上述兩類器件的制備。
　　3、根據(jù)熱釋電紅外探測器性能測試系統(tǒng)得知:在5.3Hz下,二元單通道探測器RV為1.186×103V/W,NEP為5.1×10-10W,D*為3.67×108cmHz1/2W-1,τT為40ms;對于四元雙通道探測器,兩個測試通道在同一頻率下的的探測

4、能力存在差異,但是隨著頻率的提升,差距逐漸縮小,138.3Hz時兩通道的D*均接近3.4×109cmHz1/2W-1,具有較佳的高頻探測性能。
　　4、用背懸空絕熱結(jié)構(gòu)代替PI絕熱層,探測器性能提升明顯。在5.3Hz下探測器的RV為1.55×103V/W,提升了43.5％,D*為5.24×108cmHz1/2W-1,提高了42.8％,最大探測率達到5.59×109cmHz1/2W-1。在敏感元上加工隔熱槽,可以進一步減小器件NEP