氧化钒非制冷红外焦平面探测器芯片工艺研究

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.从氧化钒非制冷焦平面探测器的牺牲层、支撑层、氧化钒等制备工艺进行了研究,为国内非制冷焦平面探测器工程化研究奠定了坚实的技术基础.     

低红外发射率TiO2/Ag/TiO2纳米多层膜研究

利用磁控溅射在玻璃衬底上制备了具有良好的光谱选择性透过率的TiO2/Ag/TiO2纳米多层膜.通过用X射线衍射、扫描电子显微镜、UV-VIS-NIR分光光度计、傅里叶红外光谱仪对样品进行表征,优化了薄膜的制备工艺,研究了多层膜的光学特性.结果表明,当Ag膜的厚度为12nm时,多层膜具有高的可见光透过率和优良的导电性能.样品在555nm波长处的透过率最高达93.5%,红外波段平均反射率为90%左右,8μm～14μm波段红外发射率ε＜0.2.Ag层厚度的增加使可见光高透过率波段变窄,透过率下降.内层及外层TiO2厚度的变化引起薄膜可见光透过峰的位置及强度发生变化,外层的影响高于内层.     

微测辐射热计的红外热响应模拟

利用有限元法对微桥结构的测辐射热计进行了二维热模拟.定量地分析了探测单元的大小尺寸、支撑层的厚度,支撑臂的长度和宽度、引线材料的选取等对微测辐射热计探测单元在红外辐射下温度的变化和热响应的快慢情况.评估了真空封装对微测辐射热计红外响应的影响.同时作为比较对平板空腔结构的红外探测器也进行了分析.     

直热式远红外辐射加热器的研究

介绍了直热式远红外辐射加热器的制备工艺。测试出这种加热器具有很高的红外辐射效率，且寿命长、表面绝缘性好、用途广，是一种很有魅力的新型红外辐射源。     

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.     

微辐射热计的光学与热学设计

针对四臂微桥结构的微辐射热计的光学和热学设计，分析了Si02红外吸收层／poly-Si热敏感薄膜电阻层／Si02支撑薄膜层的多层薄膜的光学特性，研究了Si02红外吸收层的厚度对多层膜系平均红外吸收率的影响。与常规设计思想不同的是，没有假设微辐射热计的平均红外吸收率一定，而将不同厚度的Si02红外吸收层所对应的膜系平均红外吸收率用于微桥的热学设计中，通过有限元分析软件ANSYS5。7，得到Si02红外吸收层的最佳厚度，并对微桥支撑臂进行了优化设计。     

柔性基底Ti/TiO2薄膜的可见光谱及红外辐射特性研究

采用多弧离子镀法在柔性聚酰亚胺（PI）基底上制备了Ti／TiO2复合多层薄膜,通过控制基底材料的粗糙度使制备出的薄膜在可见波段具有非镜面反射效果。通过分别控制薄膜的内层和外层膜的厚度使其在8～14μm波段具有连续可调的红外发射率。采用扫描电镜、X射线衍射、紫外-可见-近红外光光度计等测试手段对薄膜样品进行了表征,并测试了样品的红外发射率。实验结果表明,采用多弧离子镀法成功的在PI基底上制备了结合力较好、具有多种颜色、红外发射率和方块电阻连续可调的薄膜。研究发现,在外层TiO2膜工艺不变的情况下,随着内层Ti膜厚度增加,红外发射率和方块电阻连续减小;在内层Ti膜工艺不变的情况下,随着外层TiO2膜厚度增加,红外发射率和方块电阻连续增大。     

基于纳米压印的超材料近红外吸收器的制备研究

超材料吸收器的高吸收率源于表面金属颗粒与介质层之间产生的局域等离激元共振以及由金属颗粒--介质层--金属反射层构成的微腔所导致的共振吸收。其吸收特性与金属颗粒的尺寸、形貌和介质层的材料和厚度密切相关。设计优化了一个在近红外波段1.2 μm处具有近完美吸收的超材料吸收器。以该设计为蓝图,利用纳米压印技术制备了一系列具有不同介质层厚度的器件,并利用红外反射谱定量研究了这些器件的吸收特性。实验结果证实,用纳米压印技术制备的超材料器件具有工艺可靠性好、加工精度高等优点。实验测得的吸收率变化趋势与理论预期相符,吸收率较高。     

氮化硅支撑层薄膜的PECVD法制备及性能研究

采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD),在二氧化硅衬底(SiO2/Si(100))上成功制备了用于非致冷红外焦平面阵列微桥结构支撑层的氮化硅薄膜.采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)及原子力显微镜(AFM)研究了薄膜的微观结构和表面形貌;分别采用台阶仪、薄膜应力分布测试仪和快速退火炉等手段测试了薄膜的厚度均匀性,应力大小和耐温性能等参数.结果表明,制备氮化硅薄膜为非晶态,含有少量的氢,主要表现为Si-N键合;薄膜表面平整、致密,厚度不均匀性小于5%,具有107Pa的较低压应力,耐温性能较好.     

非晶硅室温微测辐射热计的研制

将聚酰亚胺作为绝热材料,对传统室温微测辐射热计结构进行了改进,成功制备了非晶硅室温微测辐射热计并进行了测试。以聚合物材料作为绝热材料,避免了表面牺牲层工艺和体加工技术,降低了成本、提高了成品率。在传统探测器结构基础上,在底部制备一层金属用作红外反射层,利用吸收层可以对红外辐射进行二次吸收。金属层和有源层间的隔离层对红外也有很好的吸收效果,由隔离层、有源层和钝化层构成三明治结构,可以显著改善对红外辐射的吸收。对器件的制备工艺进行了说明并对器件特性进行了测试,结果表明,在773 K黑体源8～14 μm红外辐射下,探测器的响应度最大为26.4 kV/W,表明器件具有较高的性能。     

不同腐蚀时间对CZT(211)B衬底的影响分析

主要分析了不同溴甲醇(溴体积比为0.05%)腐蚀时间对CZT(211)B衬底表面粗糙度、总厚度偏差、红外透过率、Zn值以及X射线衍射半峰宽(FWHM)的影响。研究发现即使使用溴体积比0.05%的溴甲醇溶液腐蚀5 s,衬底表面粗糙度都会由0.5 nm增加至1.5 nm以上。随着腐蚀时间的增加CZT(211)B衬底总厚度偏差逐渐增加。使用溴甲醇作为抛光液的两个样品的Zn值明显低于使用氨水作为抛光液的样品,同时该两样品的X射线衍射半峰宽和红外透过率随腐蚀时间的变化趋势一致,但不同于使用氨水作为抛光液的样品,说明不同的抛光液影响CZT(211)B衬底表面Zn值以及表面损伤层等表面状态。     

调幅式调制盘红外导引头的主动干扰

为了干扰调幅式调制盘系统,根据调幅式调制盘红外导引头的工作原理,采用数值模拟的方式分析了两种主动干扰红外导引头的方法。结果表明,缓变幅度的干扰辐射会使导引头获得的目标方位信息产生偏差,但无法使目标摆脱导引头的跟踪;而重复频率近似等于调制盘系统调制波形载频的光脉冲会干扰导引头接收到的目标信号,使导引头失去目标。干扰辐射强度近似等于目标辐射强度,即可实现干扰。     

同步辐射光刻的X射线反射谱表征

采用X射线反射（XRR）谱对同步辐射导致的氧化物薄膜的刻蚀进行了在位测试,结果表明波长为0．154nm的单色X光在室温下可对MgO和Cr2O3产生轻微的刻蚀。与文献中大量报道的同步辐射X射线光刻及烧蚀不同．这是单色X射线光刻的首次报道。尽管刻蚀速率极慢,但利用XRR谱的高分辨率,成功地检测到了膜厚的减薄。     

真空退火对低频PECVD氮化硅薄膜性能的影响

研究了真空退火温度对不同流量比工艺参数下PECVD氮化硅薄膜性能的影响,测试了退火后氮化硅薄膜厚度、折射率以及在氢氟酸中的腐蚀速率。结果表明,退火后氮化硅薄膜厚度及折射率变化与薄膜沉积工艺条件有关,而薄膜在氢氟酸中的腐蚀速率在退火后大大降低。结合退火前后氮化硅薄膜的红外透射谱对以上测试结果进行了讨论。     

一维纳米硅光子晶体的制备与优化

采用双槽电化学腐蚀法制备了纳米多孔硅,主要研究了腐蚀时间和腐蚀电流对重掺杂p型(100)硅衬底上制备的多孔硅层有效光学厚度的影响,采用U-4100光谱仪、场发射扫描电子显微镜(FESEM)技术对所制备的多孔硅光子晶体的结构和有效光学厚度进行了分析表征。研究结果表明,通过合理地选择腐蚀时间和腐蚀电流,可以比较精确地制备特定有效光学厚度的多孔硅薄膜,此方法可广泛应用于纳米多孔硅光子晶体的制备中。     

基于胶体球掩模板法制备图形化蓝宝石衬底

制备并研究了纳米级图形化蓝宝石衬底.采用磁控溅射技术在蓝宝石衬底上沉积 SiO2薄膜,利用自组装方法在SiO2薄膜上制备单层聚苯乙烯(PS)胶体球阵列,利用感应耦合等离子体干法刻蚀将周期性PS胶体球的图形转移到SiO2薄膜上,通过湿法腐蚀制备了纳米级图形化蓝宝石衬底.利用扫描电子显微镜对胶体球掩膜、SiO2纳米柱掩膜和图形化蓝宝石衬底结构进行了观察,研究了湿法腐蚀蓝宝石衬底的中间产物对刻蚀的影响,分析了腐蚀温度和腐蚀时间对蓝宝石衬底的影响.结果表明,湿法腐蚀的中间产物会降低蓝宝石衬底的刻蚀速率.蓝宝石衬底的腐蚀速率随着腐蚀温度的升高而加快;在同一腐蚀温度下,随着腐蚀时间的增加,图形尺寸进一步减小.     

湿法腐蚀的红外热像对比研究

提出了一种研究半导体湿法腐蚀进程的红外热像法。将半导体基片浸泡于化学试剂中，利用红外热像仪探测红外腐蚀信号，并由计算机进行处理，得到热像图。对GaAs在不同配比溶剂中的腐蚀进程进行了红外热像的对比研究，结果表明：红外热像法可以观测到对比实验的显著差异，并直观地表征了基片、腐蚀剂以及腐蚀时间的相互关系。     

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×...     

硅微通道板像增强器的研究

微通道板作为电子倍增器件可以对电子、离子、紫外和软X射线进行探测和成像.传统微通道板制备是采用玻璃纤维拉制和氢还原等技术,提出分别采用半导体体微加工和电化学腐蚀制备硅微通道板的新技术.在干法刻蚀中采用 ICP 技术制备了孔径为 6～20 μm、间隔4～8 μm、长径比 15～30 的硅微通道板,初步试验结果为对于长径比为 16 的样品,电子增益为 102 数量级.同时,开展了湿法电化学腐蚀技术制作硅微通道板的研究,分析讨论了电化学腐蚀微通道板的机理.结果表明,干法和湿法刻蚀技术可以制备高长径比硅微通道板,与 ICP 技术型比,电化学腐蚀具有较低的成本.     

Millimeter-wave Fermi tapered slot antennas on micromachinedsilicon substrates

This paper presents 90 GHz Fermi-type tapered slot antennas (TSA) on a micromachined 100 μm thick silicon substrate (ϵ_r=11.7) and for comparison purposes, 90 GHz Fermi-type TSA on 150 μm thick quartz substrate (ϵ_r=3.78). A 100 μm thick wafer is chosen because it is compatible with 90-100 GHz low-noise amplifier circuits on GaAs-InP substrates. The effective thickness of the substrate was reduced by selectively micromachining holes in the silicon wafer using deep reactive ion etching (deep RIE). The radiation patterns of the micromachined antennas were significantly better than the nonmicromachined version and had similar radiation patterns to the quartz design. The etched hole diameter was changed from 300 to 750 μm with minor effect on the radiation patterns. This shows that the predominant reason for the improved patterns lies in the reduced effective dielectric constant and not in substrate-mode suppression effects. This type of antenna is well suited for millimeter-wave imaging arrays