新型热释电材料及其在红外探测器中的应用

以(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3{PMNT[(1-x)/x}为代表的大尺寸、高质量弛豫铁电单晶具有非常高的热释电系数、探测优值和较低的热扩散系数,其综合热释电性能远优于传统的热释电材料.概述了PMNT[(1-x)/x]单晶、掺锰PMNT(74/26)单晶和0.42Pb(In1/2Nb1/2)...     

新型热释电单晶材料与红外探测器的研究

主要阐述了当前热释电红外探测器的发展状况,并重点介绍了我国尤其是我们在新型热释电材料以及红外探测器方面的主要进展和成果。弛豫铁电单晶是一类具有优异压电性能的新型材料,同时我们发现该类晶体还具有优异的热释电性能。我们所生长的PMNT单晶的热释电系数超过15.3×10^-4cm^-2.K^-1,Mn-PMNT的介电损耗降至0.0005,探测优值达到40.2×10^-5Pa^-1/2,高居里温度点单晶PIMNT的居里温度达到180℃以上。与合作单位一起利用该类晶体研制的红外探测器的性能远优于利用传统热释电材料（如LiTaO₃）制作的探测器,其比探测率达到1.07×10⁹ cm·Hz^1/2/·W^-1,说明利用该新型弛豫铁电单晶制作的红外探测器具有广阔的应用前景。     

双色红外焦平面研究进展

介绍了叠层双色红外焦平面的发展背景和适用的材料体系,及其在国际上的发展现状,重点论述了叠层双色探测器结构类型及其探测特点,最后介绍了国内碲镉汞叠层双色焦平面的研究进展。报道了基于n⁺_-p-P-P-N多层异质结Hg_1-xCd_xTe材料的叠层中波/短波（256×1）×2红外双色焦平面器件研制及性能。在77 K液氮温度下,红外焦平面探测器的两个波段的截止波长λ_c分别为2.8 μm和3.9 μm,中波/短波焦平面的平均单色探测率D*_λp分别为1.8×10¹¹ cmHz^1/2/W和9.6×10¹⁰ cmHz^1/2/W。     

基于PMN-PT单晶的双通道热释电红外气体探测器

锰离子掺杂铌镁酸铅-钛酸铅(Mn:Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃, Mn:PMN-PT)弛豫铁电单晶在近、中红外波段具有较高的光透过率。通过在其表面上沉积具有宽光谱平坦吸收特性的红外吸收层,制备了热释电红外响应元。对该材料吸收红外辐射后产生的温度差以及热释电电流随频率的变化进行了模拟。讨论了电压模式热释电探测器的响应特性及其影响因素。进一步制备了基于Mn:PMN-PT单晶的双通道补偿型热释电红外探测器。经实验得到的频率响应结果与模拟数据吻合,因此该探测器适用于基于非分散红外(Non-Dispersive Infrared, NDIR)原理的气体探测。     

热释电薄膜单片式非致冷红外焦平面阵列的研究

采用改进的溶胶-凝胶(sol-gel)技术,在Pt/Ti/SiO2/Si3N4/SiO2/Si基片上研制出具有优良热释电性能的BST,PLT和PZT铁电薄膜,它们是制备单片式非致冷红外焦平面阵列的优选探测材料。解决了制备热释电薄膜单片式非致冷红外焦平面阵列的关键技术,成功研制出8元、9元、10元线列和8×8元阵列,器件电压响应率(RV)达8.6×103V/W。     

弛豫铁电单晶热释电探测器读出电路的设计

以(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(PMN-xPT或PMNT)(PMN-xPT,或PMN-PT)为代表的弛豫铁电单晶具有非常高的热释电系数、比较低的热扩散系数、比较稳定的化学性能,是一种综合性能优异的热释电材料.利用弛豫铁电单晶可以制备出高性能的红外光传感器,针对用这种新型热释电材料制成的红外...     

基于弛豫铁电单晶的红外热释电探测器研究

研究了新型热释电材料驰豫铁电单晶(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(PMNT)的低损伤减薄工艺、电极成型和耦合封装等关键技术,研制了基于PMNT的单元热释电探测器。对减薄后约30μm晶片材料性能的测试分析表明,部分样品的热释电系数约为9.0×10-4 C/m2 K,无明显衰减。采用低噪声电路提取单元探测器的微弱热释电电流,对所研制的单元探测器性能进行了测试分析。     

铁电薄膜非制冷红外探测器的技术发展

介绍了课题组在铁电薄膜的制备、特性研究以及非制冷红外探测技术方面的研究结果。研究获得了几种控制铁电薄膜微结构(如晶粒尺寸、晶粒形状、Ba_1-xSr_xTiO₃(BST)和PbZr_xTi_1-xO₃ (PZT)铁电薄膜的择优取向生长等)的新技术;研制出具有高度自极化特性的0.7Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.3PbTiO₃ (PMNT)弛豫铁电薄膜;探索了一种具有将红外转化为可见光机制的新型光读出方式;发明了PZT薄膜的低温(400 °C)生长方法。此外,还介绍了256×1线列铁电薄膜非制冷红外探测器的研制及部分成像结果。     

稀土氧化物掺杂对BST陶瓷热释电性能的影响

采用轧膜成型工艺制备了掺杂有稀土氧化物的钛酸锶钡(BST)陶瓷,研究了不同稀土(Sc,Y,La,Ce,Pr,Nd和Sm)氧化物掺杂对其微观形貌、介电性能和热释电性能的影响。结果表明,Sc掺杂大幅降低了BST陶瓷的εr,严重劣化了BST陶瓷的热释电性能,并引起了长条状晶粒在BST陶瓷中的出现;Y掺杂则显著提高了BST陶瓷的热释电性能,并最终获得了εr为7111、tanδ为0.65×10–2、热释电系数p为5.5×10–7C·cm–2·℃–1、探测率优值Fd为8.49×10–5Pa–1/2的热释电BST陶瓷材料,有望在红外探测领域得到应用。     

InAs/InAsSb超晶格红外中/中波双色焦平面探测器研制

超晶格材料已经成为了第三代红外焦平面探测器的优选材料。双波段红外探测器能够通过对比两个波段内的光谱信息差异,对复杂的背景进行抑制,提高探测效果,在需求中尤为重要。本文开展了InAs/InAsSb超晶格中/中双色焦平面探测器设计及制备技术研究,从器件设计、材料外延、芯片加工等方面展开研究,制备了中心距30 μm的320×256 InAs/InAsSb二类超晶格中/中波双色焦平面探测器。器件短中波峰值探测率达到7.2×10¹¹ cm·Hz^1/2W^-1,中波峰值探测率为6.7×10¹¹ cm·Hz^1/2W^-1,短中波有效像元率为99.51%,中波为99.13%,获得了高质量的成像效果,实现中中双色探测。     

High electric-field-induced strain beahvior of single-crystal Pb(Mg<Subscript>1/3</Subscript>Nb<Subscript>2/3</Subscript>)O<Subscript>3</Subscript>-xPbTiO<Subscript>3</Subscript> multilayer piezoelectric actuators

Two 10-mm-long multilayer prototype actuators were fabricated by a stack method using 55 pieces of 5 mm×5 mm×0.15 mm Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTiO₃ (PMNT) single crystals and PZT-5A ceramics, respectively. The strain values for PMNT multilayer piezoelectric actuators are twice those of PZT-5A multilayer actuators, and 20.8-μm displacements can be achieved at the same E-field of 15 kV/cm. Although thermal and electrical history markedly impact dielectric and piezoelectric performance of PMNT crystals, the PMNT multilayer actuator can still achieve large displacements with approximately linear behavior below 60°C. Broad stable dynamic displacement characteristic and fast displacement response make the new-type actuators promising candidates for the application in new-generation high-performance solid-state actuators.     

Rare-earth-modified Sr0.5Ba0.5Nb2O6, ferroelectric crystals and their applications as infrared detectors

Rare-earth-modified ferroelectric crystals with the formula (Sr_1−xBa_x)1− 3y/2 R_yNb2₂O₆, where R = La, Nd, Sm, Gd, and Lu, have Been prepared and studied. When R = La, Nd, x ≃ .5 and y = 0.02, the modified material, at room temperature, exhibited twice the pyroelectric coefficient and four times the dielectric constant of the unmodified Sr_1−xBa_xNb₂O₆ (x ≃ .5). Curie temperatures decreased, dielectric constants increased, while loss factor and detector signal-to-noise ratios remained nearly the same with the addition of rare earth doping. The calculated response based on the measured properties agree with the measured response of actual detectors. These properties suggested that the modified SBN are good materials for small element or array pyroelectric infrared detector applications.     

单通道与补偿型PIMNT热释电红外探测器的性能比较

建立和完善了电流模式Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃(PI-MNT)热释电红外探测器的理论模型(单通道和并联补偿型)以及微音噪声模型。利用理论模型进行了仿真模拟,然后设计和制备了一种单通道和两种补偿型(灵敏元分隔型和一体型)PIMNT热释电红外探测器。测试并比较了这三种探测器的响应率RV、噪声u_n、比探测率D^*以及微音噪声u_vib。结果表明,与单通道PIMNT红外探测器相比,补偿型红外探测器的探测能力虽然略有下降,但抗干扰能力却得到了极大提高。     

确定BBOS对称序列左右界顶点子集的一个通项公式

根据本文作者之一(1991)提出的S_BOS相邻逻辑对称序列的性质,给出确定S_BOS对称序列左右界两顶点子集的一个通项公式。这对于利用“对跳定界搜索”法快速实现S_BOS对称序列,提供了一个选择定界范围和实用算法的依据。     

模拟电路故障诊断L1估计及其神经网络解法

基于精确罚函数法,提出了新的求解L₁范致问题最优解的神经网络方法,它避免了Kennedy和Chua(1988)网络罚因子较大时性态变坏问题。对Bandler(1982)提出的模拟电路故障诊断L₁范数法进行了改进,将线性约束L₁问题转化为非线性约束L₁问题,并用新的神经网络方法求解,计算量小。模拟实验表明,所提神经网络方法和改进的模拟电路故障诊断L₁范数方法是可行的。     

回旋速调管TE01-HE11模式变换器

根据耦合波理论,编制了优化计算程序,优化了30.5GHz TE01-TE11模式变换器的几何结构,得到了其可实现最高模式变换效率的几何参量.用仿真软件优化设计了同一工作频率的TE11-HE11模式变换器.结果表明这两个模式变换器组成的TE01 -HE11复合模式变换器在30.5GHz和1％带宽内具有97.0％以上的TE...