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《华中科技大学》 2009年
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BST厚膜非制冷红外焦平面阵列结构及特性研究

范茂彦  
【摘要】:铁电厚膜非制冷红外焦平面阵列是新一代红外热成像系统的关键部件。热释电红外焦平面阵列具有成本低、无需制冷和对红外波长无选择性等优点,被广泛应用于军事和民用领域。钛酸锶钡(BST)铁电厚膜因具有优越的介电和热释电效应以及能与半导体技术兼容等特点,成为非制冷红外焦平面阵列的优选材料,用其制备的介电量热型非制冷红外焦平面阵列具有独特的优点。 本文研究了红外探测器的噪声,电压响应率和电流响应率与BST厚膜及结构参数间的关系,改进了非制冷微测辐射热计焦平面阵列制备工艺。主要内容如下: 对热释电探测器建立的一到三维模型进行了探讨,分析硅微桥结构的传热物理模型及其理论计算方法,提出了具有“桌形”绝热框架支撑的微桥结构,用有限元分析证明其有较小的热导,能获得较高响应率。 研究了微桥绝热结构的刻蚀工艺及多孔硅绝热层制备工艺,在厚度为240μm的硅基片上制备了腐蚀坑深度大于200μm,桥面为200μm×200μm的微桥结构,成功制作出16×16的微桥结构阵列。采用电化学法制备了多孔硅,通过HF溶液浓度、电流密度和反应时间来控制多孔硅的孔径、孔隙率和膜厚。观测了样品的微观形貌,分析了热导率。 用乙酸盐溶胶-凝胶法制备了Mn掺杂BST凝胶。微波烧结制备了BST纳米粉体和厚膜,粉体粒径60nm、厚膜粒径200nm左右。介电性能ε_Γ>1000,tanδ<2%。研究了La-Mn-Al离子掺杂对厚膜微观结构、介电性能的影响。La、Mn、Al离子共掺杂能显著地抑制BaSrTiO_3的晶粒生长,厚膜结晶过程析出多晶微粒,提高了厚膜均匀性和致密性。讨论了不等价掺杂及掺杂量对介电性能的影响。采用改进的溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO_2/Si基片上制备了Mn掺杂六层不同组份梯度BST厚膜,厚度约为5μm,研究了梯度BST厚膜的微观结构及其介电性能,介电常数峰值为920,损耗约为1.8×10~(-2)。以钛酸钡凝胶薄膜种子层为不同组分BST厚膜间的夹层,在LNO/Pt/Ti/SiO_2/Si复合底电极上制备了厚度约为20μm的BST介电增强型夹层厚膜。结果表明,650℃热处理后的夹层厚膜为单一钙钛矿相,750℃热处理后的夹层厚膜在温度25℃、频率1KHz下相对介电常数和损耗峰值分别为1200和3%,室温附近较宽范围介温变化率大于1.2%/℃;BST夹层厚膜无裂纹,表面平整。 提出了通过硅通孔技术实现垂直互连,提高像元占空比,缩短了互连引线长度,降低了信号延迟。用单晶硅湿法刻蚀加工方法形成通孔,利用直写技术将耐高温Ag-Pd导体浆料填充通孔,实现红外焦平面阵列底电极与硅基片背面倒装焊凸点互连。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TN215

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 徐建朋;基于散焦的红外焦平面阵列非均匀性校正方法研究[D];西安电子科技大学;2011年
2 江桥;小型化非制冷红外热成像组件的设计实现[D];电子科技大学;2013年
【参考文献】
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【共引文献】
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8 李德刚;红外诊断技术在电气设备状态检测中的研究与应用[D];山东大学;2010年
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10 徐建朋;基于散焦的红外焦平面阵列非均匀性校正方法研究[D];西安电子科技大学;2011年
【同被引文献】
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10 何泰诚;红外焦平面非均匀性校正算法的研究[D];西安电子科技大学;2008年
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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
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5 阙旻;320×240非制冷红外焦平面探测器测试系统的研究与实现[D];电子科技大学;2011年
6 赖小峰;仿生型红外焦平面阵列读出电路研究[D];重庆大学;2010年
7 周昊;红外焦平面时序电路、数据采集和分析的研究[D];华中科技大学;2005年
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10 吴泽鹏;非制冷红外热成像系统关键技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2013年
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