鎢摻雜氧化釩基非制冷紅外探測器的制備與性能研究.pdf

1、近年來，非制冷型紅外探測器由于具有低能耗和低成本的優(yōu)勢，越來越多地吸引了商業(yè)應用方面的關(guān)注。對于非制冷型紅外探測器而言，研究人員最關(guān)注兩個問題，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性能，另一方面是如何改進制備探測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)成為微測輻射熱計型非制冷紅外探測器的核心材料，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。
　　本文在探索了微測輻射熱計的制備工藝的基礎(chǔ)上，通過磁控濺射法制備了鎢摻雜氧化釩微測輻射熱計與非鎢摻雜氧化釩微測輻射熱計，然后通過測試分析電阻溫度特性和光電響應與噪聲電壓，探討鎢摻雜對于微測輻射熱計的影響。本文的主要研究內(nèi)容和成果綜述如下:
　　1.利用直流磁控濺射設(shè)備生長了摻鎢VOx薄膜和非鎢摻雜VOx薄膜。通過測試，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，器件的響應率得到了不同程度的提高最大提高達到52V/W，噪聲干擾在一定程度上降低了。
　　2.設(shè)計了工藝流程，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線陣型氧化釩微測輻射熱計，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后就進行退火處理，來有效防止微橋結(jié)構(gòu)的斷裂。
　　3.對單元器件進行測試，發(fā)現(xiàn)器件的探測率在一定的范圍內(nèi)存在著一個極大值，探測率并不隨著偏置電流的增大而一直增大，本研究中，40μA是探測率的峰值。并且當溫度為800℃，偏置電流為40μA，輻射信號的調(diào)制頻率分別為40和80 Hz時，利

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