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《华中科技大学》 2006年
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氧化钒薄膜及非致冷红外探测器阵列研究

王宏臣  
【摘要】: 自上世纪九十年代以来,非致冷红外成像技术取得了重大突破,引发了红外技术的第三次革命。与前两代致冷型光子红外探测器相比,第三代非致冷热敏红外探测器由于在室温下工作,无需制冷,因此在系统成本、重量、功耗和可靠性等方面都具有明显优势。 第三代非致冷红外探测器主要包括微测辐射热计和热释电探测器两种类型。与具有相当竞争力的热释电红外探测器相比,微测辐射热计具有动态范围大,响应线性度好、制造成本低等独特优点。此外,微测辐射热计工作时无需斩波,成像系统无任何活动部件,这有助于降低成像系统成本和提高系统可靠性,在军事或者民用诸多领域内都具有更广泛的应用前景。 本文围绕微测辐射热计的热敏材料、工作原理、绝热结构、读出电路和器件集成等关键技术,展开了深入系统的研究,主要研究内容和成果综述如下:在材料制备方面, (1)开展了氧化钒热敏薄膜制备技术研究,利用低温反应离子束溅射和磁控溅射在石英和Si3N4/Si衬底上制备了方块电阻为20~50 k?的混合相VOx和亚稳态相VO2(B)热敏薄膜,薄膜淀积温度控制在250℃以下,与大规模集成电路工艺兼容。所制备的热敏薄膜室温时的电阻温度系数约为-2.2%~-2.5%K-1,达到国际先进水平。 (2)完成了纳米VO2薄膜生长方法的研究,利用两步法(低温溅射和后退火)工艺在Si3N4薄膜覆盖的石英和硅衬底上制备了晶粒尺寸约为8~10 nm的VO2薄膜。测试结果表明该纳米VO2薄膜的热滞回线明显向室温移动,薄膜的金属-半导体相变温度由常规VO2材料的68℃下降到纳米VO2的34℃,该结果为国际首次报道。 在器件研制方面, (1)研究了微测辐射热计的工作原理,依据微测辐射热计的电热模型和热敏材料的电压-电流关系曲线,利用等效热导概念简化了探测器的热平衡方程,对探测器在直流、脉冲偏置以及非小信号条件下的响应率进行了分析计算。讨论了影响微测辐射热计红外探测信噪比的关键影响因素,为后续测辐射热计红外探测器的结构和电学参数设计提供了依据。 (2)开展了微测辐射热计绝热微桥结构制作方法的研究,利用多孔硅和光敏聚酰亚胺薄膜作为牺牲层材料,在国内率先研制出了128元单层线阵和32×32双层面阵微桥结构阵列。 (3)针对由CMOS制造工艺引入的读出电路芯片表面的不平坦特性,进行了芯片平坦化研究。利用BCB旋涂和化学镀技术,对电路芯片进行了平坦化,芯片表面不平坦度从平坦化前的2μm减少至平坦化后的0.13μm,为微测辐射热计阵列和读出电路的单片集成铺平了道路。 (4)进行了微测辐射热计阵列与读出电路的单片集成研究,研制出国内首个单片式带微桥结构的32×32微测辐射热计红外探测器焦平面阵列。在真空封装环境下,焦平面的像元黑体响应率和噪声等效功率分别达到1.4×104 V/W和8.4×10-10 W,为进一步研制单片式、高性能的非致冷红外焦平面阵列奠定了基础。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TN215

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 胡滨;非制冷红外焦平面CMOS读出电路设计与实现研究[D];电子科技大学;2011年
2 杨鹤猛;远红外实时成像样机系统关键技术研究[D];天津大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 翟于嘉;红外探测材料电阻温度特性的研究[D];西安工业大学;2011年
2 傅俊威;基于非晶硅薄膜的红外吸收层膜系设计、仿真与实验研究[D];电子科技大学;2011年
3 李洪霞;红外热像仪在人体病灶诊断技术中的应用研究[D];中北大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 许静,龙永福,谢凯,毛仙鹤;纳米氧化钒薄膜的制备[J];国防科技大学学报;2003年06期
2 方丹;红外焦平面阵列读出电路技术分析[J];红外技术;2004年02期
3 周进,茹国平,李炳宗,梁平治;氧化钒热敏薄膜的制备及其性质的研究[J];红外与毫米波学报;2001年04期
4 许旻,崔敬忠,贺德衍;微测热辐射计氧化钒薄膜工艺研究[J];红外与毫米波学报;2003年06期
5 尚东,林理彬,何捷,王静,卢勇;特型二氧化钒薄膜的制备及电阻温度系数的研究[J];四川大学学报(自然科学版);2005年03期
6 傅群,储向峰,林晨,雷德铭,郑臣谋;纳米VO_2粉体的制备及性能特征[J];无机材料学报;2004年04期
7 陈文,麦立强,徐庆,彭俊锋,朱泉峣,余华;氧化钒纳米管的自组装合成机理[J];无机材料学报;2005年01期
8 尹大川,王猛,黄卫东;纳米结构二氧化钒(VO_2)的制备技术[J];西北工业大学学报;1999年03期
9 李志栓,李静,吴孙桃,郭东辉,徐富春;射频磁控溅射方法制备氧化钒薄膜的研究[J];厦门大学学报(自然科学版);2005年01期
10 吴志明,蒋亚东,牟宏,黄春华;氧化钒热敏特性研究[J];仪器仪表学报;2003年S2期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 袁宁一;氧化钒红外敏感膜和非致冷焦平面成像阵列研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2002年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 蒸汽远红外干燥木材技术协作组;蒸汽远红外干燥木材过程中红外加热作用的初探[J];四川建筑科学研究;1984年02期
2 金力成;金波;;金属薄膜的质量造成电阻器失效的分析[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2008年05期
3 葛传力;热电站锅炉安全保护与火焰检测[J];安徽大学学报(自然科学版);2003年01期
4 张翼;宣天鹏;;电磁屏蔽材料的研究现状及进展[J];安全与电磁兼容;2006年06期
5 吕思斌;红外测温技术[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2001年02期
6 常钦;Nd、HF、DF和CO_2激光大气传播特性的比较研究[J];安阳师范学院学报;2004年02期
7 孙华,冯立明;乳酸体系化学镀Ni-P合金复合稳定剂的研究[J];兵器材料科学与工程;2005年01期
8 毕虎才;卫英慧;侯利锋;余春燕;胡兰青;于斌;许并社;;热处理温度对AZ91D化学镀Ni-P镀层性能的影响[J];兵器材料科学与工程;2005年06期
9 宋宏峰;李忠厚;;铸铁件的镍-磷合金化学镀工艺及性能研究[J];兵器材料科学与工程;2006年01期
10 顾冰芳;徐国跃;任菁;罗艳;蔡刚;;Cd_(1-x)Zn_xS三元系颜料红外性能研究[J];兵器材料科学与工程;2007年05期
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1 沈伟;彭德全;沈晓丹;;先进无机材料表面的金属化——ZnO薄膜技术[A];2001年全国电子电镀年会论文集[C];2001年
2 沈伟;沈晓丹;;基体催化镀金技术的进展[A];2002年全国电子电镀年会论文集[C];2002年
3 赵国鹏;樊江莉;袁国伟;梁国柱;;次磷酸盐体系中化学镀Sn—Pb合金的机理探讨[A];2002年全国电子电镀年会论文集[C];2002年
4 徐瑞东;郭忠诚;朱晓云;翟成成;;化学镀锡最佳工艺条件的优化[A];2002年全国电子电镀年会论文集[C];2002年
5 徐瑞东;郭忠诚;薛方勤;韩夏云;王军丽;;化学镀锡层成分、表面形貌及结构分析[A];2002年全国电子电镀年会论文集[C];2002年
6 牛振江;王费华;郁平;李则林;杜小光;;化学镀Ni-P合金耐蚀性的电化学研究[A];2004年全国电子电镀学术研讨会论文集[C];2004年
7 胡光辉;吴辉煌;杨防祖;;化学镀Ni-P合金结构与耐蚀性关系[A];2004年全国电子电镀学术研讨会论文集[C];2004年
8 国栋;杨中东;樊占国;;表面金属化处理后的镁合金化学镀镍[A];2007(第13届)全国电子电镀学术年会暨绿色电子制造技术论坛论文集[C];2007年
9 李治岷;魏玉文;;黑体强化辐射传热节能新机理——加热炉再节能的新途径[A];2011年全国冶金节能减排与低碳技术发展研讨会文集[C];2011年
10 邵秀梅;马学亮;于月华;方家熊;;基于弛豫铁电单晶的热释电焦平面研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
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1 熊飞;钙钛矿型氧化物薄膜的激光感生热电电压效应及光探测器应用[D];昆明理工大学;2008年
2 王晓琳;Bi_2Te_3体系的材料制备、晶体结构及热电性能[D];武汉理工大学;2010年
3 祁祥;碳纳米纤维的高温转变及其同质异构结的特性研究[D];武汉大学;2009年
4 陈根余;钛及其合金微弧氧化膜的制备表征及特性研究[D];吉林大学;2011年
5 李福民;反型聚合物太阳能电池的研究[D];吉林大学;2011年
6 刘一婷;基于酞菁铜的太阳能电池的研究[D];大连理工大学;2011年
7 张芹;大功率LED模块温度湿度加速寿命试验研究[D];华中科技大学;2011年
8 唐军;半导体和氧化物表面石墨烯的生长和结构表征及锰掺杂碳化硅稀磁半导体研究[D];中国科学技术大学;2011年
9 刘秉策;ZnO/Si异质结构晶界行为及其载流子输运机制研究[D];中国科学技术大学;2011年
10 季梅;氧化钆掺杂对氧化铪高K栅介质氧空位抑制作用及电学性能研究[D];北京有色金属研究总院;2010年
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1 曹晶晶;烧结NdFeB永磁材料化学镀Ni-Co-P合金防护层研究[D];河南理工大学;2010年
2 位永平;非晶InSb探测器材料光电特性研究[D];长春理工大学;2010年
3 刘帅男;机织物规格要素与其光泽性能的关系研究[D];浙江理工大学;2010年
4 裴付宇;镀银滑石粉的制备及其在功能纺织品上的应用[D];浙江理工大学;2010年
5 李宗鹏;超临界CO_2辅助制备有机/无机纳米复合材料[D];郑州大学;2010年
6 姜雅丽;La_2Mo_3O_(12)薄膜的制备和光学性能的研究[D];郑州大学;2010年
7 刘慧苹;高纯度Ti_3Al粉末的制备研究[D];郑州大学;2010年
8 王建军;镍钛合金堵闭器钽镀层的制备与性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 李林茂;SiC MOS界面特性的电导法研究[D];大连理工大学;2010年
10 李瑞雪;镁合金电镀工艺的研究[D];辽宁师范大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 汪涛,贾功贤,袁祥辉;非致冷微测热辐射计阵列的设计[J];半导体光电;2001年02期
2 代少升;张天骐;陈前斌;;利用CPLD实现红外焦平面阵列实时非均匀性校正[J];半导体光电;2007年03期
3 胡明鹏;马冬梅;刘志祥;马磊;;红外焦平面阵列无效像元检测技术研究[J];半导体光电;2008年02期
4 龚宇光;李伟;蒋亚东;陈超;蔡海洪;李志;;非晶硅微测辐射热探测器的现状与发展[J];半导体光电;2009年02期
5 汪大宝;刘上乾;王会峰;张峰;;红外凝视成像系统弱点目标检测的实时实现[J];半导体光电;2009年03期
6 祝晓笑;刘昌举;蒋永富;;格雷码在焦平面CMOS读出电路中的应用[J];半导体光电;2009年04期
7 杨亚生;测辐射热计红外焦平面列阵[J];半导体技术;1999年02期
8 陶涛;苏辉;谢自力;张荣;刘斌;修向前;李毅;韩平;施毅;郑有炓;;PECVD法氮化硅薄膜生长工艺的研究[J];微纳电子技术;2010年05期
9 王瑞忠,陈培毅,钱佩信;一种改进的便于实现的红外焦平面阵列不均匀性校正算法[J];半导体学报;1997年12期
10 李升才;徐宗昌;肖顺旺;;微光增强型电荷耦合装置成像系统三维噪声模型及其测量分析[J];兵工学报;2006年03期
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1 刘成康;红外焦平面阵列CMOS读出电路研究[D];重庆大学;2001年
2 杨文;非制冷焦平面用热释电材料研究[D];电子科技大学;2002年
3 冯飞;微机械法布里-泊罗干涉型光学读出非致冷热成像技术研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2004年
4 邢素霞;非制冷红外热成像系统研究[D];南京理工大学;2005年
5 杜晓晴;高性能GaAs光电阴极研究[D];南京理工大学;2005年
6 张俊举;微测辐射热计焦平面阵列的成像系统研究[D];南京理工大学;2006年
7 王世允;轻型热瞄具成像系统的研究[D];南京理工大学;2007年
8 屈惠明;红外成像电子学理论及其关键技术研究[D];南京理工大学;2007年
9 马铁英;非晶硅微测辐射热计的材料、设计、制备和测试研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2007年
10 孙恋君;微测辐射热计阵列性能及信号处理电路研究[D];南京理工大学;2008年
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1 孙立彬;面阵红外传感器的图像数据采集与显示技术研究[D];天津大学;2010年
2 唐绩;微测辐射热计非均匀性测试及校正技术研究[D];南京理工大学;2004年
3 于冬;非致冷红外焦平面读出电路噪声分析[D];电子科技大学;2004年
4 王远超;红外图像锐化实用算法的研究与实现[D];南京理工大学;2004年
5 黄竹邻;非致冷红外图像DSP实时处理系统[D];华中科技大学;2005年
6 陈善秋;非制冷红外焦平面像质改善的技术实现[D];南京理工大学;2006年
7 胡斌;医用红外热图处理及辅助诊断系统的设计[D];天津大学;2006年
8 朱金波;Ni-Al薄膜的制备与热敏性能研究[D];中南大学;2007年
9 刘肖瑜;红外热图技术与腰椎间盘突出症中医证型的相关性研究[D];湖北中医学院;2007年
10 邱翰;红外热像仪软件系统研究[D];华中科技大学;2006年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邵式平,肖绍泽,邵康;国外长波红外焦平面列阵现状[J];电子器件;1998年04期
2 胡克俊;国内外三氧化二钒提取工艺发展状况[J];钢铁钒钛;1995年04期
3 王利平,孙韶媛,王庆宝,张保民;红外焦平面探测器的读出电路[J];光学技术;2000年02期
4 周进,茹国平,李炳宗,梁平治;氧化钒热敏薄膜的制备及其性质的研究[J];红外与毫米波学报;2001年04期
5 邵式平;室温型热释电红外探测器焦平面列阵新进展[J];红外与激光工程;1998年02期
6 苏吉儒,魏建华,庄继胜;赴向21世纪的非制冷热成像技术[J];红外与激光工程;1999年03期
7 王玫,李喜梅,崔敬忠,达道安,姜万顺,邱家稳;磁控溅射制备的氧化钒薄膜的结构研究[J];兰州大学学报;1999年01期
8 吴广明,吴永刚,倪星元,周箴,吴翔;五氧化二钒薄膜结构与电致变色效应[J];太阳能学报;1999年04期
9 何山,韦柳娅,傅群,林晨,雷德铭,郑臣谋;二氧化钒和三氧化二钒研究进展[J];无机化学学报;2003年02期
10 黄承彩;混合式非致冷焦平面器件芯片工艺研究[J];应用光学;1999年02期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周起勃;;IR-64N红外焦平面凝视热象仪[J];红外技术;1991年05期
2 刘兴明,韩琳,刘理天;新型非致冷红外探测器[J];半导体光电;2005年05期
3 徐田华;赵亦工;;基于递推最小二乘的红外焦平面非均匀校正算法[J];光子学报;2006年02期
4 朱红;徐田华;陈辉;赵亦工;;基于场景的自适应红外焦平面非均匀校正技术[J];空军工程大学学报(自然科学版);2006年01期
5 王利平;陈钱;顾国华;张保民;;基于DSP+FPGA的红外焦平面像素倍增技术[J];激光与红外;2006年08期
6 赵登超;胡君红;钟胜;张天序;;基于FPGA的两点非均匀校正模块的设计与实现[J];微计算机信息;2006年29期
7 郭磐;陈思颖;倪国强;高昆;;一种新的红外焦平面图像信号无线光输出协议[J];激光与红外;2007年S1期
8 韩开亮;何春芳;;基于两点法的红外图像非均匀性校正算法及其DSP实现[J];红外技术;2007年09期
9 曾强;吕坚;蒋亚东;;一种红外CMOS读出电路相关双采样结构[J];微处理机;2009年06期
10 黄张成;黄松垒;张伟;陈郁;方家熊;;红外焦平面读出电路片上驱动电路设计[J];激光与红外;2011年02期
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1 戴君;王兴治;何少伟;马宏;易新建;;磁控溅射法制备氧化钒薄膜的研究[A];2007年红外探测器及其在系统中的应用学术交流会论文集[C];2007年
2 李言谨;;降低红外焦平面热失配应力的方法研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
3 程正喜;马斌;张学敏;翟厚明;施永明;;热导可变的高速微测辐射热计[A];第九届全国光电技术学术交流会论文集(上册)[C];2010年
4 陈柳炼;马斌;施永明;翟厚明;;氮气退火处理对氧化钒薄膜物理特性的影响[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
5 吴淼;胡明;刘志刚;;直流对靶溅射制备氧化钒薄膜的研究[A];中国真空学会第六届全国会员代表大会暨学术会议论文摘要集[C];2004年
6 许中华;方家熊;;从红外焦平面MTF曲线计算串音值的方法[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
7 杨少华;;红外焦平面的破坏性物理分析[A];2007'第十二届全国可靠性物理学术讨论会论文集[C];2007年
8 杨旭;蔡长龙;周顺;刘欢;;直流磁控溅射制备氧化钒薄膜[A];TFC’09全国薄膜技术学术研讨会论文摘要集[C];2009年
9 杨旭;蔡长龙;周顺;刘欢;;直流磁控溅射制备氧化钒薄膜[A];2009年西部光子学学术会议论文摘要集[C];2009年
10 闵凯;葛军;周起勃;;红外图像非均匀性实时数字校正[A];'99十一省(市)光学学术会议论文集[C];1999年
中国重要报纸全文数据库 前4条
1 程远桦;“体检王”敢超世界先进水平[N];科技日报;2004年
2 本报记者 任荃;“超一流企业卖标准”[N];文汇报;2003年
3 本报记者 杨健;肩负民族的希望[N];人民日报;2001年
4 记者 刘瑞;经开区成为国家科技兴贸创新基地[N];昆明日报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王宏臣;氧化钒薄膜及非致冷红外探测器阵列研究[D];华中科技大学;2006年
2 马铁英;非晶硅微测辐射热计的材料、设计、制备和测试研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2007年
3 梁继然;微测辐射热计用氧化钒薄膜的制备及其电阻温度性能研究[D];天津大学;2007年
4 戴君;氧化钒薄膜的光电特性及其应用基础研究[D];华中科技大学;2009年
5 陈涛;具有相变特性的氧化钒薄膜制备与光学特性研究[D];天津大学;2011年
6 孟丽娅;微测辐射热计非均匀性及新型校正读出电路研究[D];重庆大学;2005年
7 王彬;高灵敏氧化钒非致冷红外探测器研究[D];华中科技大学;2012年
8 陈西曲;非致冷红外焦平面的读出电路及测试系统研究[D];华中科技大学;2007年
9 魏雄邦;氧化钒薄膜的制备、微结构与特性研究[D];电子科技大学;2008年
10 杨海波;多孔硅基MEMS非制冷红外探测器微结构与工艺研究[D];天津大学;2010年
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1 张帆;基于VC++的红外热成像测试系统设计[D];电子科技大学;2011年
2 杨旭;磁控溅射制备氧化钒薄膜[D];西安工业大学;2010年
3 后顺保;氧化钒薄膜的制备与光电特性研究[D];天津大学;2012年
4 杜明军;氧化钒薄膜的制备及其光电性能研究[D];电子科技大学;2011年
5 赵赫男;基于可动反射面的双波段微测辐射热计研究[D];电子科技大学;2011年
6 吴淼;真空蒸发法制备氧化钒薄膜的工艺研究[D];天津大学;2004年
7 赵佳明;智能激光防护材料:氧化钒薄膜的生长及其光电性能研究[D];大连理工大学;2012年
8 杨卓;新型双层微测辐射热计结构优化设计[D];电子科技大学;2012年
9 方广志;非致冷红外探测器用VO_x薄膜的制备与性能研究[D];合肥工业大学;2009年
10 李彦彩;氧化钒薄膜的制备及特性研究[D];北京交通大学;2010年
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