热释电红外检测器研究探讨

热释电材料在吸收红外辐射后其温度会发生变化,从而产生极化.将其连接在电路中,则会有与温度变化率成比例的电信号产生.热释电红外检测器就是利用材料的热释电效应在红外光谱范围内检测物体吸收到的辐射能量的.根据形态,热释电材料分为体材料和薄膜材料.相比之下,后者具有体积比热小、灵敏度高、成本低和易于集成化的特性,因而其制备、性能和应用已成为热释电材料的研究方向.目前热释电红外检测器的研究已经取得了实用性的成果,如辐射计、测速计、测温计等实用设备或仪器的制作生产.随着研究的深入,具有广阔市场前景的热释电红外检测器将得到更为广泛的应用.     

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...     

红外探测器件

本专利讲述热释电红外探测器件的一种制造方法。本方法的特点是:用掺有红外吸收材料的有机薄膜涂覆在去掉了衬底的热释电薄膜器件的一面上,这样即可获得具有抗机械冲力、灵敏度高、使用方便的热释电红外探测器件。本方法的工艺过程如图示:用     

0.7Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-0.3PbTiO_3薄膜中自极化效应诱导的稳定热释电系数

采用sol-gel方法在Pt/Ti/SiO_2/Si衬底上制备了0.7Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-0.3PbTiO_3,并研究了其铁电和热释电性质.X射线衍射结果表明薄膜具有高度的(111)择优取向.结果显示,在没有任何极化处理情况下,薄膜具有稳定的热释电系数,达到1.58×10~(-8) Ccm~(-2)K~(-1).当极化电场高于3倍薄膜的矫顽电场时,薄膜的热释电系数几乎保持不变.撤掉极化电场后,薄膜的热释电系数在10天后仅仅衰减4%左右,远比PZT薄膜稳定.研究发现不同方向极化处理,薄膜的热释电电流具有非对称性,即正向极化时热释电电流随电场增加而增大,负方向极化处理时,热释电电流随电场增加而减小.这些结果显示0.7Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-0.3PbTiO_3表现出的优异热释电特性起源于薄膜中的自极化效应.     

硝酸锰对PMN-PZT热释电陶瓷性能的影响

研究了硝酸锰溶液掺杂对富锆铌镁酸铅-锆钛酸铅(PMN-PZT)热释电陶瓷材料的相组成、微观结构、介电性能、热释电性能等方面的影响,并对实验结果作出物理机理的解释。实验结果表明,以液态硝酸锰的形式进行锰掺杂使锰的加入更容易,有效改善了固态锰掺杂时析出损失和混合不均等问题;适量的硝酸锰溶液掺杂有助于陶瓷晶粒的生长,能有效地降低PMN-PZT陶瓷材料的相对介电常数(rε)和介电损耗(tanδ),并增加其热释电系数(p);在x(Mn)=3.0%时,制备出综合热释电性能良好的PMN-PZT热释电陶瓷,即室温时rε=197,tanδ=0.15%,p=3.5×10-8C/cm2℃,探测优值FD=8.7×10-5Pa-1/2,低温铁电相-高温铁电相(FRL-FRH)相变温度时rε=300,tanδ=0.45%,pmax=35×10-8C/cm2℃,FD=40.5×10-5Pa-1/2,符合制作热释电红外探测器的要求。     

混成式热释电非制冷红外焦平面探测器研究

热释电非制冷红外焦平面探测器在军民领域具有广阔的应用前景.为了实现探测器的国内工程化研制,采用混成式技术,成功研制了基于锆钛酸铅(PZT)铁电陶瓷材料,像元尺寸为35 μm×35μm,列阵规模为320×240元的非制冷红外焦平面探测器.通过自主设计,研发的非制冷焦平面测试平台,得到了此器件的基本性能参数平均电压响应率1.1×105V/W,平均探测率5.6×107cm·Hz1/2·W-1,并实现了该探测器热成像.结合实际的研究工作,较为系统地介绍和讨论了热释电非制冷红外焦平面研制过程中各项关键技术.在器件光电响应测试数据分析的基础上,进一步提出下一阶段研究工作的重点和器件性能优化的方向.     

非制冷红外探测器用热释电材料的研究进展

分析了热释电非制冷红外探测技术的优势,介绍了当前应用较广泛的各种非制冷红外探测器用热释电材料,即单晶材料、高分子有机聚合物及复合材料和金属氧化物陶瓷及薄膜材料,并预计了热释电材料的发展趋势.指出了铁电性热释电陶瓷材料的优越性,其应用分为正常热释电体、介电测辐射热型热释电体和弥散相变热释电体,并分别列出了具有代表性材料的研究结果.最后,指出了研究高性能、大尺寸、易加工的热释电薄膜材料的制备技术,是未来红外探测器用热释电材料的发展的关键;并在此基础上结合半导体集成3-艺,制备高性能、大规模的热释电红外焦平面阵列.     

金属—介质—金属结构的热释电探测器的红外吸收

本文应用多层介质薄膜的特征矩阵理论,研究了具有金属-介质-金属结构的热释电探测器的红外吸收特性,着重计算了当热释电介质材料具有红外吸收时探测器结构的吸收率。指出,通过优化参数选择,可以采用上述结构制成快速响应的热释电探测器。     

热释电摄像管靶面金黑的研制

一引言用热释电材料制作摄像管靶面,可以得到性能优良的红外摄像管。但是多数热释电材料对红外辐射的吸收极弱,如钽酸锂(LiTaO_3)在摄像管经常使用的波段范围内的红外吸收率大约在15%左右。图1所示曲线是对一个经过磨抛的钽酸锂片子测量得的结果。     

PZT热释电红外探测器

讨论了锆太酸铅(PZT)热释电材料的选择原则,介绍了Zr/Ti为94/6的PZT热释电陶瓷材料的制作,并以此材料为敏感元制作成PZT红外探测器。对其基本结构、制作时存在的问题进行了研究。所制作的探测器D(500K,10Hz) 为5.7×10~8cmhz~(?)/W不仅可用于一般的热辐射探测,还可用于强辐射(如激光)的测量。     

菲涅尔透镜及其应用

根据红外传感器的工作原理,可分为热型和量子型两类。热型红外传感器也称热释电红外传感器(PIR)或被动型红外传感器,有以下特点:(1)由于远红外线不受可见光影响,故可不分昼夜连续检测;(2)由于被测对象自身发射红外线,故可不必另设光源; (3)大气对某些特定波长(如8-14μm)红外线吸收甚少,故较易检测到,因此在防盗、     

塑料薄膜衬底上复合敏感膜热释电传感器的制备

将Sol-Gel法制备的掺钙钛酸镧铅纳米粉粒(PCLT)与聚偏氟乙烯-三氟乙烯(P(VDF-TrFE)均匀复合,作为热释电传感器的敏感膜,比同样制备条件的纯聚偏氟乙烯-三氟乙烯膜的探测优值高约22.4%。并以沉积有35nmITO薄膜的廉价PET塑料为衬底,用旋转涂膜法沉积PCLT/P(VDF-TrFE)复合敏感膜,用Ni-Cr薄膜作上电极,制备了PCLT/P(VDF-TrFE)/PET热释电传感器。PET塑料可有效降低热释电元件的热导,下电极ITO可反射红外辐射,明显提高了传感器的电压响应和降低热释电元件的热噪声。测试结果表明,PCLT/P(VDF-TrFE)/PET热释电传感器的探测率达到3.4×107cmHz1/2W-1,比同样制备条件的体硅衬底传感器高2个数量级以上。     

320×240混合式非制冷红外焦平面探测器芯片工艺研究

热释电非制冷红外探测器具有成本低廉、无需制冷等优异特点,在红外探测和红外成像领域占有极其重要的地位.从热释电非制冷焦平面探测器的晶片制备、红外吸收结构设计、倒装互连等关键工艺的研究进行了阐述,其研究试验最终实现了320×240的成像演示.     

复合热释电薄膜红外探测器的研究

热绝缘结构是热释电红外探测器的关键技术之一."复合热释电薄膜红外探测器"是用多孔SiO2薄膜来绝热的,这种无空气隙的新型结构被认为具有更高的机械强度和可靠性.采用溶胶-凝胶技术制备了热导率极低的多孔SiO2薄膜,用金属有机物热分解法制备了优质的铁电薄膜,实现了"复合热释电薄膜"热绝缘结构,获得的星探测率最大值达9.3×107cm.Hz1/2/W.通过快速热处理工艺的采用,提高薄膜一次成膜厚度的研究,改善了薄膜制备与微电路工艺的兼容性.研究了多孔膜厚度、孔径分布与探测率的关系,探讨了镍酸镧(LNO)薄膜作为缓冲层、红外吸收层和上电极的多功能作用.结果表明:孔径分布小的多孔膜有利于探测器性能的提高.在此结构中,存在热性能和电性能的折中问题,多孔膜厚度有一个临界值.LNO薄膜的引入,可以改善性能、简化结构和工艺.讨论了低温铁电薄膜的制备和性能,以及与微电路实现单片集成等问题.     

新型热释电材料及其在高性能红外探测器中的应用

采用改进的Bridgman法生长出了大尺寸高质量的Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃(PMNT)单晶,并发现了PMNT单晶具有非常大的热释电响应。为探索高性能的热释电材料,提高现有红外探测器的性能,对PMN-PT的热释电性能、及其在红外探测器中的应用进行了系统的研究。研究表明：PMNT单晶具有优异的热释电性能,其综合性能优于传统的热释电材料。用PMNT单晶制备出了的红外探测器,电压响应率和比探测率分别为Rv = 211 V/W,D* = 1.06×108 cm·Hz^1/2·W^-1,器件性能能够基本满足使用要求,同时也表明PMNT单晶有望在高性能的红外探测及成像器件中得到实际应用。     

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。     

自支撑P(VDF-TrFE)红外探测器（英文）

制备了具有自支撑绝热结构的Al/P(VDF-TrFE)/NiCr红外探测器单元,其中NiCr半透明膜作为探测器的上电极和吸收层.实验结果表明:P(VDF-TrFE)薄膜具有很好的铁电性和热释电性,其铁电剩余极化强度和热释电系数分别为7.1μC/cm~2和27μC/m~2K;探测器单元在10 Hz工作频率下对黑体温度500 K的辐射源的电压响应率和探测率分别为1500 V/W和5×10~7 cmHz~(1/2)W~(-1);通过对电压响应率随频率变化的实验数据进行拟合,得到探测器单位面积的热导和吸收率分别为2.5×10~(-3) W/cm~2K和0.1;利用P(VDF-TrFE)探测器单元可对目标物体实现热成像.     

改性钙钛酸铅陶瓷的电导性能研究

当掺钙钛酸铅(PCT)用作为压电、热释电材料时,除介电性能外,电导性能也是重要的性能参数。采用传统固相法制备掺钙钛酸铅系陶瓷,研究了不同掺杂量的Sb2/3Mn1/3及烧结助剂NiO、Bi2O3对陶瓷相结构、介电损耗和电导性能的影响。结果表明,在1 180℃下烧结2h,得到纯钙钛矿结构的改性陶瓷,陶瓷介电损耗降低;Sb2/3Mn1/3掺杂量对PCT系陶瓷在20~40℃的电阻温度稳定性有明显影响,随Sb2/3Mn1/3含量增加电阻温度系数(TCR)增大;在Pb0.80Ca0.20(Sb2/3Mn1/3)0.05Ti0.95O3中加入NiO、Bi2O3后有效降低了陶瓷在20~40℃的电阻温度系数;掺杂元素种类和掺杂量对陶瓷在20~80℃的TCR值基本没有影响,TCR值约为-0.15μ℃-1。     

PLCT系列热释电薄膜的最新研究进展

热释电红外探测器广泛应用于辐射测温，红外光谱测量，安全警戒，红外热成像等领域。掺杂钛酸铅薄膜是性能优异，应用广泛的热释电薄膜，文章主要介绍了镧，钙双掺的钛酸铅薄膜的性能。比较了不同组分的PCT、PLT、PLCT铁电材料的制备方法、结晶性、铁电性、介电性及热释电性能与分组的关系，并对PLT系列热释电薄膜材料的应用前景作了探讨。     

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。