氧化釩薄膜材料及非制冷紅外探測器微結構設計的研究.pdf

1、紅外探測器發(fā)展的方向是非制冷、低成本以及小型化。基于熱敏電阻的測輻射熱計式紅外探測器是主流的低成本非制冷紅外熱探測器之一，近年來越來越受到各國研究者的關注。對其的研究集中在兩個方面：一是不斷提高探測材料性能；再一個是探測器熱絕緣結構方面的研究和改進以獲得高響應的探測器。 具有優(yōu)異熱敏性能的氧化釩薄膜材料是非制冷測輻射熱計紅外探測器的首選的熱敏電阻材料。制備合適的薄膜電阻值且具有大的電阻溫度系數(shù)(TCR)的氧化釩薄膜是實現(xiàn)高探測率

2、紅外測輻射熱計的基礎。本文利用新穎的對靶反應磁控濺射工藝制備了氧化釩薄膜材料，運用正交實驗進行了工藝參數(shù)的研究，通過選擇不同的工藝參數(shù)和不同的參數(shù)水平，得到了氬氧比例、濺射功率、工作氣壓、基片溫度、基片類型以及真空退火等條件對氧化釩薄膜性能的影響，確定了最佳工藝參數(shù)。對得到的氧化釩薄膜的組成、結構和性能進行了測試分析。掃描電子顯微鏡(SEM)原子力顯微鏡(AFM)形貌分析表明薄膜具有均勻致密的表面，x射線光電子能譜分析(XPS)確定了其

3、成分組成主要為V2O5、VO2和少量的V2O3；對氧化釩薄膜電阻溫度特性的研究表明，薄膜成分中各價態(tài)釩離子的比例對TCR。和室溫電阻有著重要的影響。釩的總體價態(tài)越高，室溫電阻越大，TCR也越大；TCR較高并且阻值適當?shù)臉悠分?，釩的總體價態(tài)接近+4價。在常用作微測輻射熱計MEMS結構層材料的氮化硅基底上沉積氧化釩薄膜所確定的最佳工藝條件為工作氣壓：2.0 Pa，氬氧流速比：Ar:O2=48:0.5，基片溫度：200℃，濺射功率：210W。

4、該工藝條件下薄膜材料在室溫附近具有合適的薄膜電阻(14KΩ/□左右)以及高的溫度電阻系數(shù)(-3.17％/℃)，所研制得到的氧化釩薄膜工藝重復性好，可以和半導體工藝兼容，非常適合于非致冷紅外測輻射熱計探測器應用。 多孔硅材料作為犧牲層材料或絕熱層材料均可為探測器單元的絕熟結構制作提供新思路和解決途徑。對具有多孔硅熱絕緣層的氧化硅基底以及直接在硅襯底的氧化硅基底上淀積的氧化釩薄膜熱敏特性進行對比研究表明，采用多孔硅結構可達到很好的絕