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VO_2薄膜生长及平面集成探测器阵列的设计

吴细刚  
【摘要】: 在钒的氧化物中,VO、V_2O_3、VO_2、V_3O_5、V_6O_(13)和V_2O_5具有温度相变特性,当材料温度低于相变临界温度时,该材料显示为半导体或者绝缘体的特性;而当温度高于其相变温度时,该材料却又显示为金属特性。以VO2材料而言,其典型的相变温度发生在68℃,在相变温度附近,随着材料温度的变化,其电阻率随之发生显著的变化,是目前用来制备8—12μm长波红外探测中非致冷微测辐射热红外探测器热敏电阻的理想材料。 本文采用高纯金属钒靶,采用反应直流磁控溅射沉积法制备VO2薄膜,并分析了衬底温度、溅射气氛等工艺参数对薄膜性能的影响。通过实验发现衬底温度是影响薄膜结晶状况以及薄膜性能的重要因素之一,衬底温度的变化直接影响薄膜的生长以及薄膜特性,随着温度的升高,薄膜晶粒尺寸逐渐变大,在溅射过程中各个价态的钒容易向高价态钒的氧化物转换。氧分压是影响薄膜结晶状况和性能的另一个重要参数,在其他工艺参数相同的情况下,氧含量的不同将生成不同价态相的钒氧化物。 完成64×64阵列MTFET器件的设计,包括光刻掩膜版的设计、器件结构设计、布局设计、器件的工艺流程设计以及采用微细加工工艺进行器件的制作。采用四腿支撑结构,在保证支撑的机械强度的前提下尽量减小热导,同时极大地提高了器件的填充系数;采用底栅结构,栅电极材料为金属Al膜,利用其高反射率,同时可作为器件的红外反射镜面;采用α-SiN:H/ VO2/α-SiN:H/ Al/α-SiN:H结构,通过对器件λ/4共振吸收结构的优化,得到MTFET器件8~14μm波段最大的红外吸收率。


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