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氧化钒红外敏感膜和非致冷焦平面成像阵列研究

袁宁一  
【摘要】: 红外摄像技术是一种利用被探测物体自然辐射的红外线进行热成像,识别目标的技术。红外摄像技术的关键部件是红外探测器。虽然制冷型红外探测器的灵敏度、响应速度、探测距离等性能都比较高,但系统结构复杂且成本很高。因此,近年来非制冷红外探测器的研究和制造受到各国的热切关注。 非制冷热成像探测器目前以微测辐射热计和热释电探测器为主流。本论文针对这两类探测器开展了红外热敏薄膜制备和非制冷探测器研制工作。主要包括以下内容: 利用溶胶-凝胶法在SiO_2/Si衬底上获得了电阻率变化3个数量级以上、滞豫宽度为6.2℃的VO_2多晶薄膜。详细分析了sol-gel薄膜在真空烘烤时从V_2O_5向VO_2的结构转化。实验证明,选择合适的成膜热处理条件和真空烘烤条件是实现sol-gel V_2O_5结构向VO_2结构成功转换的关键。 发展了一种用离子束增强沉积从V_2O_5粉末制备VO_2薄膜的新方法。利用离子束增强沉积设备,在Ar~+离子束对V_2O_5靶溅射沉积的同时,用氩、氢混合束对沉积膜作高剂量的离子束轰击,使得被氩离子轰击后断键的氧化钒分子,再被注入氢降价,然后经适当的退火,成功地制备了热电阻温度系数高达4%的VO_2薄膜(国外报道值为2%-3%),并研制了单元悬空结构探测器和8×1,16×1线性阵列。 用溶胶-凝胶法制备了钛酸铅(PT)和掺钙钛酸镧铅(PCLT)纳米粉粒,与聚偏氟乙烯-三氟乙烯(P(VDF-TrFE)均匀复合,由于16%的掺钙钛酸镧铅纳米陶瓷粉粒的掺入,使得PCLT/P(VDF-TrFE)复合膜的热释电系数值提高了约37%,探测优值提高了约22.4%。12%的钛酸铅纳米陶瓷粉粒的掺入,使得PT/P(VDF-TrFE)复合膜的热释电系数值提高了约30%,探测优值提高了约21%。 分别在多孔氧化硅、PET塑料和硅衬底上,制备纳米陶瓷/P(VDF-TrFE)复合敏感膜的热释电单元传感器。结果表明,多孔氧化硅和PET塑料可有效降低热释电元件的对外热传导,明显提高传感器的电压响应率和降低热释电元件的热噪声。PCLT/P(VDF-TrFE)/PET和PCLT/P(VDF-TrFE)/多孔氧化硅热释电传感器的探测率,比同样制备条件的体硅衬底传感器高1-2个数量级。 用三维集成CMOS工艺研制了16×16复合敏感膜红外热释电面阵。用掺钙和 摘 要 用三维集成 CMOSI艺研制了 16 XI6复合敏感膜红外热释电面阵。用掺钙 和铜的钛酸铅(PCLT)纳米粉粒与聚偏氟乙烯一三氟乙烯IP(VDF-TrFE)」均匀复 合,作面阵的敏感膜。用 PMOS场效应管作热释电元件的阻抗转换,用双 16位移 位寄存器作敏感元件信号读出的选址。用6微米厚的聚烯亚胺薄膜作为热释电面 阵与CMOS读出电路间的热隔离。用40纳米厚的Ni{r膜作面阵的上电极及吸收 层。测得该面阵的最高探测率为2.6E7CInHZ‘”W‘。


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