金属基NiCr-NiSi薄膜热电偶的制备及性能研究

采用电子束蒸发和磁控溅射法在Ni基超合金基片上制备NiCr-NiSi薄膜热电偶,薄膜热电偶依次由Ni基超合金基片、NiCrAlY过渡层、Al2O3热氧化层、氧化铝绝缘层、NiCr-NiSi薄膜热电偶层以及氧化铝保护层构成。对此薄膜热电偶样品的静态标定结果表明,所制备的金属基NiCr-NiSi薄膜热电偶在25～600℃内具有良好的线性度,Seebeck(塞贝克)系数达到37.5μV/K,略低于K型标准热电偶的塞贝克系数40.0μV/K。     

热电偶动态校准及动态补偿技术研究

介绍了利用大功率半导体激光器发出的脉冲激光作为激励源,使被校准热电偶表面产生温升,用响应速度快的红外探测器和对被校准热电偶同时对此温度变化信号进行探测,由于红外探测器的频率响应优于被校准热电偶频率响应,因此,以前者测得的值作为真值来校准后者的动态校准系统。利用该系统对普通K型铠装热电偶进行了动态校准,得到红外探测器和被校准热电偶温度-时间的曲线。热电偶补偿环节采用动态补偿滤波器进行建模,由测得的数据曲线来确定滤波器的阶次和参数,从而确立模型结构,并利用交叉检验法检验模型的正确性。试验表明：通过动态补偿模型减小了热电偶的动态误差,使之更接近于实际值,并给出了普通K型铠装热电偶补偿曲线。     

T型薄膜热电偶灵敏度与薄膜电阻率的关系

在优化薄膜制备工艺的基础上,通过实验对Cu、CuNi薄膜的电阻率与T型薄膜热电偶(TFTC)灵敏度之间的关系进行了研究。首先,通过设计正交试验,以Cu、CuNi薄膜电阻率为考察指标,得到了影响电阻率的主次因素以及各工艺参数对薄膜电阻率的影响规律。然后根据实验结果确定工艺参数条件,制备出了薄膜电阻率不同的3个T型薄膜热电偶,并对其灵敏度进行了实验标定。标定结果表明:T型薄膜热电偶的薄膜电阻率越小,其灵敏度越大。     

基于热电偶动态校准的非线性拟合方法研究

为了提高热电偶动态校准的准确性,采用半导体激光器、红外探测器和被校准热电偶组成新的热电偶动态校准系统,分析了动态校准中红外探测器静态校准目的。根据反向传播神经网络原理,确定了反向传播神经网络的结构和参量,同时针对普通K型铠装热电偶进行了动态校准实验,得到红外探测器静态校准数据,由此数据采用最小二乘法和反向传播神经网络分别进行数据的非线性拟合,对两种方法的拟合结果进行了分析,并给出了拟合曲线。结果表明,在样本数据少、分布不均匀的情况下,反向传播神经网络拟合效果优于传统的最小二乘法,减小了由于数据拟合所带来的误差,能够更加准确地获得热电偶动态特性,实现热电偶动态补偿。这一研究结果对于热电偶动态特性研究具有重要的参考价值。     

基于尺寸效应的Cu/CuNi薄膜热电偶灵敏度研究

采用磁控溅射法在镀有SiO2阻挡层的基底上制备了一系列的Cu/CuNi薄膜热电偶,其厚度分别为0.5,1.0,1.5和2.0 μm,测得四种Cu/CuNi薄膜热电偶的灵敏度,分别为46.47,45.23,44.32和43.98 μV/℃,通过实验和理论研究了薄膜热电偶灵敏度S与厚度δ之间的关系.结果表明:Cu/CuNi...     

金刚石薄膜在粒子探测器中的应用

本文分析了金刚石薄膜作为粒子探测器的优势和劣势，介绍了金刚石薄膜粒子探测器的机理和电极结构、“探测器级”金刚石薄膜的主要制备方法和金刚石薄膜粒子探测器的发展水平，同时报道了我们制备的金刚石薄膜探测器在X射线和α粒子辐照下的响应测试结果，并分析了实现高性能探测器的障碍。     

退火处理对Cu、CuNi薄膜及其热电偶电性能的影响

采用磁控溅射法在单晶硅片基底上制备多个Cu薄膜和CuNi薄膜,对其进行退火处理,分析不同退火温度对薄膜电阻率的影响。结果显示,随着退火温度的升高,两种薄膜的电阻率逐渐减小,且Cu薄膜的电阻率变化较CuNi薄膜更为明显。在镀有SiO2绝缘膜的硅片基底上制备T型(Cu/CuNi)薄膜热电偶,并进行退火处理,对退火前后的热电偶进行静态标定。实验数据表明,T型薄膜热电偶经过退火处理后,灵敏度由退火前38.35μV/℃增大到44.10μV/℃。     

薄膜取向性对金刚石紫外光探测器性能的影响

国际上一般采用任意取向的多晶薄膜作为探测级材料,所以电荷收集效率较低以至于灵敏度受到限制.本实验采用不同取向的多晶金刚石薄膜制作紫外光探测器,研究了薄膜取向性对探测器性能的影响,为进一步提高金刚石薄膜紫外光探测器的性能提供理论和实验依据.采用热丝辅助化学气相沉积(HFCVD)法,获得了晶粒尺寸接近的不同取向的金刚石薄膜.通过微电子加工工艺制备了不同取向的金刚石薄膜紫外光叉指结构探测器.研究表明,探测器性能与金刚石薄膜晶粒取向密切相关,使用(100)取向薄膜所获得的探测器性能明显得到改善,在225 nm紫外光下的光电流-暗电流之比以及190～700 nm波长范围内的紫外/可见分辨率均优于其它取向.     

复合热释电薄膜红外探测器的二维热分析

根据热释电薄膜红外探测器的结构和测试条件,使用有限元软件Ansys对其进行了二维热分析,得到了探测器受到红外辐射后的温度场。分析了复合热释电薄膜红外探测器的绝热层对温度场的影响,并将它与微桥结构探测器的性能进行了比较。结果表明,复合热释电薄膜红外探测器的绝热层能有效地减小热流向硅衬底的散失,并且探测器的响应随着绝热层厚度的增大而增大;当复合热释电薄膜红外探测器中绝热层的热导率低于空气的热导率时,它的绝热性能优于微桥结构．     

晶界对AlGaN薄膜紫外探测器时间响应特性的影响

持续光电导(PPC)现象是影响AlxGa1-xN薄膜紫外探测器探测快速变化信号的一个不利因素,它的存在会大大延长探测器的响应时间。文章讨论了晶界对AlxGa1-xN薄膜紫外探测器时间响应性能的影响。实验结果表明,制作在高晶界密度薄膜上的紫外探测器表现出显著的PPC现象,而制作在低晶界密度薄膜上的紫外探测器则具有较快的时间响应,PPC现象明显减弱。这表明存在于晶界的缺陷可能是导致PPC现象的主要原因。通过提高薄膜结晶质量、降低薄膜晶界密度,可大大改善探测器的时间响应特性。     

一种聚酰亚胺超低热导红外热敏悬浮微桥

热导极为微小的热敏悬空微桥结构的制作是集成非致冷热成像探测阵列热敏感单元研究的核心。由于没有现成的将聚酰亚胺制成微桥的工艺,采用准分子激光微刻蚀技术,使用聚酰亚胺材料,并采用铂作为敏感材料来制作微桥。对所制作的铂/聚酰亚胺微桥原理性样件的初步测试表明,铂/聚酰亚胺微桥的热导约3.98×10-7W/K,与理论计算值接近。铂薄膜与聚酰亚胺微桥附着良好,工艺可行。在0～10V的驱动电压下可观察到铂/聚酰亚胺微桥样件明显的自热效应,其电加热响应时间小于100ms。     

UFPA探测单元的热学分析

用有限元方法对非致冷红外焦平面阵列(UFPA)的探测单元进行了有限元热分析,分析结果表明,微桥的结构可以显著地影响探测单元的热学性能,而且还得到了钛酸锶钡(BST)薄膜与红外辐射强度之间的线性关系、热饱和时间以及降温过程。利用得到的结果对探测单元尺寸进行了优化,制备出介电量热型UFPA探测单元,并分析了输出信号比期望值小的原因。     

铁电陶瓷薄膜红外热探测器阵列

铁电陶瓷薄膜红外热探测器是一种无致冷的红外探测器。由于它具有很高的灵敏度，是一种很有潜力的热成像器件。文章介绍铁电陶瓷材料的特性和阵列器件的研制状况。     

非制冷热释电薄膜红外探测器热绝缘结构的研制

采用由多孔 Si O2 薄膜和过渡 Si O2 薄膜组成的复合薄膜结构实现了非制冷热释电薄膜红外探测器的热绝缘 .利用溶胶凝胶方法制备了多孔 Si O2 薄膜以及过渡 Si O2 薄膜 ,通过优化制备工艺 ,使得多孔 Si O2 一次成膜厚度达到30 70 nm ,孔率达到 5 9% ;过渡 Si O2 一次成膜的厚度达到 1 88nm,孔率达到 4 % .AFM表明 ,由过渡 Si O2 薄膜与多孔Si O2 组成的复合薄膜结构的表面粗糙度远小于多孔 Si O2 薄膜的表面粗糙度 .该热绝缘结构有利于探测器后续各层功能薄膜的集成     

衬底热导对Mn-Co-Ni-O薄膜热敏 红外探测器性能的影响

研究了用Mn-Co-Ni-O薄膜材料制备的热敏红外探测器件,并主要通过调控衬底热导改进了器件性能。对于较薄的探测元,研究了具有微桥结构的红外器件。结果表明,该器件的响应率比非微桥器件高80%左右,探测率高44%左右。这主要是因为其独特的结构形式降低了器件热导,且对光的全反射效应提高了探测元对光的吸收率。对于较厚的探测元,在衬底上增加了抛光的散热铜片,使器件衬底的导热系数提高了47%左右,但响应电压降低了50%左右。因此需要合理选择散热铜片,以获得合适的时间常数和响应率。     

微桥结构PZT厚膜红外探测器研究

利用KOH溶液腐蚀结合SF6气体干法刻蚀工艺制备了锆钛酸铅(PbZr0.3Ti0.7O3,PZT)厚膜热释电红外探测器,得到了器件Si基背面完全悬空的微桥绝热结构.使用由斩波器调制的黑体辐射,测试了探测器在低频段的电压响应率、噪声等效功率和探测率等参数.结果表明,探测器在调制频率为5.3 Hz时的电压响应率约为4.5×...     

基于氧化钒热敏特性的太赫兹探测器

采用氧化钒(VOX)薄膜作为热敏层的非制冷红外微测辐射热计在红外探测方面已取得很大成功,而当将其用于波长更长的远红外太赫兹(THz)波探测时其中存在的不足就会体现出来。介绍了基于微测辐射热计设计的 THz 探测器所需的 THz 波吸收材料、VOX热敏材料及信号读出电路应满足的基本要求,为研制 THz 波探测器提供了必要参考,并给出已研制成功的 VOX热敏薄膜材料的部分性能实验结果。     

钽酸锂薄膜红外探测器探测性能的模拟研究

建立了热释电钽酸锂薄膜红外探测器理论模型,用五层薄膜系统模拟了探测器结构,用钽酸锂晶体参数,模拟了探测器结构参数与探测率等性能指标之间的关系,研究了硅衬底厚度和钽酸锂薄膜厚度对探测器性能的影响。模拟结果显示,硅衬底彻底腐蚀形成悬空结构是减小探测器热传导损耗的最有效途径;热释电钽酸锂膜层越薄,器件探测率越高。探测器电压响应同时取决于钽酸锂膜层厚度和探测器外接电路参数。使探测器整体性能最佳的钽酸锂膜层厚度为1～2μm。     

飞秒激光加热多层金属薄膜的热响应

采用微观双曲两步热传导模型,研究了飞秒脉冲激光加热过程中多层金属薄膜的热响应。利用界面连续条件,推得三层金属薄膜各层薄膜内电子温度和晶格温度在拉普拉斯域内的解析表达式。通过拉普拉斯数值反变换,计算并绘制了100nm单层Au膜和34nmAu/33nmCr/33nmAu三层膜在飞秒脉冲激光加热过程中各层薄膜内电子温度和晶格温度沿薄膜厚度的分布曲线。数值结果表明,激光加热过程中不仅电子与晶格之间存在强烈的非平衡热行为,不同金属材料薄膜界面上金属晶格温度也具有急剧的非平衡行为。同时讨论了多层薄膜温度分布特点及其与薄膜材料参数的关系。