基于BST薄膜的UFPA器件單元研究.pdf

1、在最近的二十年中，熱釋電薄膜單片式非制冷紅外探測(cè)器是非制冷紅外探測(cè)器研究中的一大重點(diǎn)。隨著熱釋電薄膜材料制備技術(shù)的不斷改進(jìn)，熱釋電薄膜材料的性能不斷的得到了提高；而且隨著MEMS技術(shù)的不斷發(fā)展完善，熱釋電薄膜單片式非制冷紅外探測(cè)器的結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，性能也得到提高。使得其在軍用和民用市場(chǎng)都有很好的應(yīng)用前景，成為國內(nèi)外廣泛研究的熱點(diǎn)。熱釋電薄膜單片式非制冷紅外探測(cè)器的核心部件是熱釋電薄膜單片式非制冷紅外焦平面陣列，陣列的性能主要受熱釋電敏感材

2、料的性能及其敏感單元的隔熱結(jié)構(gòu)的影響。特別對(duì)于尺寸不斷減小的探測(cè)器單元，隔熱結(jié)構(gòu)對(duì)探測(cè)器性能的影響已經(jīng)大于熱釋電敏感材料。本論文圍繞BST熱釋電薄膜單片式非制冷紅外探測(cè)器的隔熱結(jié)構(gòu)和制備工藝展開了研究。
　　在對(duì)熱釋電非制冷紅外探測(cè)器的性能進(jìn)行了理論分析的基礎(chǔ)上，對(duì)比了幾種常用的探測(cè)器隔熱結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣。然后設(shè)計(jì)了一種復(fù)合薄膜支撐的懸空微橋結(jié)構(gòu)。分析了薄膜應(yīng)力對(duì)薄膜懸空結(jié)構(gòu)的影響，在此基礎(chǔ)上選擇合適應(yīng)力值和厚度的氮化硅薄膜作為應(yīng)力平衡

3、層和支撐層。探測(cè)器的單元有效面積為0.0001cm2，微橋復(fù)合薄膜的厚度小于3um。
　　研究了探測(cè)器微橋單元制備所需的相關(guān)工藝。主要包括熱釋電敏感薄膜材料的制備、圖形化金屬電極薄膜的制備和微橋結(jié)構(gòu)的釋放。采用實(shí)驗(yàn)室成熟的射頻濺射工藝制備了具有自緩沖層的BST薄膜；使用剝離技術(shù)和直流濺射制備了Pt/Ti下電極和NiCr上電極并采用退火工藝優(yōu)化了低溫沉積的Pt/Ti下電極的性能；研究了TMAH溶液對(duì)體硅腐蝕的腐蝕速率及腐蝕表面平整度

4、與各個(gè)腐蝕工藝參數(shù)之間的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上選用(NH4)2S2O8的加入量為3g/100ml的濃度為25wt％的TMAH溶液進(jìn)行微橋的硅基腐蝕，腐蝕的溫度為80℃；設(shè)計(jì)了在體硅腐蝕過程中保護(hù)基片正面敏感單元的專用保護(hù)夾具，結(jié)合專用保護(hù)膠的使用，避免了在長(zhǎng)達(dá)10小時(shí)的腐蝕過程中TMAH腐蝕溶液對(duì)敏感單元的損傷。
　　采用以上的工藝最終成功制備出了完整的微橋單元，單元的電極圖形完整、邊緣清晰；腐蝕表面平整度好；懸空復(fù)合薄膜部分厚度均勻、