非制冷红外探测器夹层厚膜工艺和介电性能研究.pdf

助 锨 材 料 2009年第7期(蚀)堂 非制冷红外探测器夹层厚膜工艺及介电性能研究’ 范茂彦1’2，姜胜林1，谢甜甜1，张洋洋1，张丽芳2 摘要： 以钡、锶和锰醋酸盐为原料，采用新型溶胶 冷红外焦平面阵列是21世纪红外探测器的发展方向。 一凝胶法制备锰掺杂4％tool、Ba／Sr分别为60／40、其中，铁电焦平面因其响应时间快，敏感波段宽等优 65／35和70／30的纳米粉体，均匀分散于组分相同的点，成为最有竞争力的薄膜型非致冷红外焦平面阵列。 BST溶胶中，形成稳定的厚膜先体凝胶。浓度0．4铁电焦平面分为热释电模式和介质测辐热模式，其中 mol／L钛酸钡凝胶薄膜种子层，作为不同组分厚膜之介质测辐热模式主要采用钛酸锶钡(BST)或钽酸钪铅 间的中间夹层。利用旋转涂覆工艺在LNO／Pt／Ti／ SiO。／Si复合底电极上，制备出厚度约为6～10／比m的 BsT介电增强型夹层厚膜。XRD测试结果表明， 料，与其它常用热释陶瓷电材料相比，具有很高的热释 650℃热处理2h后的夹层厚膜为单一钙钛矿相，750℃ 电系数、较大的介电常数，低的介电损耗，热释电探测 热处理后2h的夹层厚膜在室温、环境温度25℃、频率优值可以提高数倍以上，器件兼容性好，与半导体器件 lkHz下相对介电常数e。和介质损耗tan艿分别约为 集成等特点，引起各国科学家的极大关注[‘]。 1200和0．03，室温25℃附近较宽范围介温变化率 目前，铁电薄膜的择优取向结构和薄膜性能之间 1．2％／c，BST夹层厚膜无裂纹出现，表面平整，致 的关系引起了人们的极大关注[5’6]，影响薄膜择优取向 密，是制备大阵列非制冷红外焦平面阵列(UFPA)的 的因数有很多，其中，衬底是主要的因数之一【7]。通过 优选材料。 改变衬底的组成和结构，可以直接改变铁电薄膜的择 关键词： 红外；新型sol-gel技术；LNO／Pt复合底电 优取向结构，从而最终改善薄膜的各种性能。另外，电 极；夹层厚膜；介电增强 极材料也是目前研究铁电器件的关键内容，不同底电 中图分类号：TGl42．2 文献标识码：A 10一／c， 极材料的热膨胀系数有所不同，如％=9X 文章编号：1001-9731(2009)07-1104-04 x 1 引 言 10-6／℃)存在差异，在沉积或退火处理的过程中，若 BST与底电极热膨胀系数失配严重，BST薄膜可能会 非制冷热像仪研制始于上世纪70年代中期。美 出现裂纹，裂纹对BST薄膜的介电性能会有明显的影 国国防部夜视和光电管理局制定了一系列计划推进了 响。用作BST薄膜探测器的电极材料，要求有较低的 非制冷热释电探测器技术的发展。这一领域的最早开