测辐射热计的氧化钒薄膜成技术研究和微桥结构研制

介绍了研制中的测辐射热计的工作原理,器件结构的几何形状和研制状况,叙述了测辐射热计材料的特征及制备技术。     

微测辐射热计器件工艺开发和特性评估

依托半导体生产线开发了基于MEMS微桥结构的微测辐射热计(micro-bolometer)器件,其中,使用化学气相沉积(CVD)技术开发了非晶硅(α-Si)薄膜工艺,并将其用作微测辐射热计器件的敏感层材料,该材料在1 000?厚度下的膜厚均匀性可以控制在2%以内(1-sigma,within wafer),电阻均匀性可以控制在2%以内(1-sigma,within wafer),其室温下的电阻温度系数(TCR)可以达到-2.5%左右;采用先刻沟槽工艺技术开发了MEMS微桥结构的接触模块,以无支撑柱结构实现了其支撑和电连接结构;使用Ti/TiN薄金属薄膜作为电极层,并利用电极层图形实现该敏感层电阻器件的电连接和图形定义;开发了高性能敏感层电阻工艺技术,实现了对敏感层材料工艺损失和电极层侧面腐蚀的良好工艺控制。在完成微测辐射热计器件工艺开发后,对其进行了器件级测试和评估,结果表明：该器件室温电阻值在250 kΩ左右,且具有优异的欧姆接触特性;室温下器件级TCR在-2%左右,略低于非晶硅薄膜材料TCR的测试值;同时,对该器件进行的升温和降温测试结果表明,文中开发的敏感层材料没有滞回效应。最后...     

非制冷红外微测辐射热计有限元模型的构建

根据微加工条件能够制造的单层和双层结构的非制冷红外微测辐射热计的尺寸，进行了有限元建模与分析，寻找出在可接受的性能与成本之间折衷的设计方案，指出气体热导是影响探测单元热导的一个主要因素，并对其进行了理论分析，给出减小气体热导的方法及这些方法在双层及单层结构中应用的可行性。     

微测辐射热计用氧化钒薄膜制备及特性

热敏薄膜电阻制备是非致冷微测辐射热计红外焦平面的一项关键技术。对目前在非致冷微测辐射热计研制中得到成功应用的氧化钒薄膜的特性、制备及表征技术进行综述。氧化钒存在多种物相和结构 (VOx:0 相似文献   

非致冷测辐射热计的研制方案

介绍一种基于氧化钒（ＶＯｘ）测辐射热计探测器的红外焦平面阵列（ＩＲＦＲＡ）,叙述了它的材料、制作方法、探测器列阵、真空封装和器件性能等有关问题,并与其它与非致冷热电焦平面阵列进行了比较。氧化钒（ＶＯｘ）测辐射热计ＩＲＦＰＡ可构成高质量的红外热像仪,非常适合于军事和民品的广泛应用,在下一个十年这项技术有望发展成为一种新的产业。     

微测辐射热计阵列结构的制备

为了研究和优化二氧化钒（VO2）微测辐射热计的制备工艺,采用微电子机械系统（MEMS）体硅工艺制备了VO2微测辐射热计,经过研究和改进制备工艺,制得的微测辐射热计结构稳定,成品率高;经测试及计算,其响应率可达34.3kV/W,探测率为1.2×10^8cm.Hz1/2/W,响应时间约为65.3ms。此器件性能达到国内外同类器件水平。     

非制冷红外微测辐射热计有限元模型的构建

根据微加工条件能够制造的单层和双层结构的非制冷红外微测辐射热计的尺寸,进行了有限元建模与分析,寻找出在可接受的性能与成本之间折衷的设计方案,指出气体热导是影响探测单元热导的一个主要因素,并对其进行了理论分析,给出减小气体热导的方法及这些方法在双层及单层结构中应用的可行性。     

高温超导红外测辐射热计

根据超导测辐射热计的理论，以YBCO为材料，制备的高温超导薄膜型红外测辐射热计，黑体响应度Rv＞104V／W，D*＞1010cmHz1／2W－1，NEP≈10－14WHz-1／2。测量和分析了器件的频率响应、噪声特性和其对1～15μm波段及118．8μm，337μm，570．5μm，699μm，1009．4μm等波长的光谱响应。测量结果表明，高温超导红外测辐射热计对整个红外波谱都有响应，但其性能在远红外波段衰减很厉害，因此，对器件的表面处理应是提高其长波性能的一个关键。     

测辐射热计性能的模拟分析

介绍了测辐射热计红外探测器,并从理论上对测辐射热计的热流量进行了模拟计算,得出由膜电阻实现的光电变换的输出信号电压,继而分析了测辐射热计的响应率和灵敏度等性能。指出了选用具有大的电阻温度系数和膜电阻材料和优良的热绝缘结构（如桥式结构）是研制器件的关键．测辐射热计具有性能好、价格低、可靠性高的特点,采用它研制的轻小型低功耗的红外热像仪可广泛地用于军事和民品。测辐射热计技术有望在下一个十年发展成为一门     

非制冷红外微测辐射热计有限元模型的构建

根据微加工条件能够制造的单层和双层结构的非制冷红外微测辐射热计的尺寸,进行了有限元建模与分析,寻找出在可接受的性能与成本之间折衷的设计方案,指出气体热导是影响探测单元热导的一个主要因素,并对其进行了理论分析,给出减小气体热导的方法及这些方法在双层及单层结构中应用的可行性.     

Optical transmission in thin films of vanadium compounds

Thin films of five vanadium compounds/composite： （1） VO2（3-fl） （3-fl = 3-Hydroxyflavone）, （2） VO（pbd）： （pbd = 1-Phenyl-l, 3-butadione）, （3） VO（dbm）2 （dbm = Dibenzoylmethane）, （4） VPc （Vanadyl Phthalocyanine） and （5） V2O5-PEPC （V2O5- poly-N-epoxypropylcarbazole composite）, were deposited by the dropcasting method from the solution in benzene. The transmittance-irradiance relationships were investigated and the transmission in the visible spectrum and optical images were obtained as well. It was found that the transmittance of the VO2（3-fl）, VO（pbd）2, VO（dbm）2 and VPc, was practically independent of the irradiance; whereas the transmittance of V2O5-PEPC decreased by 4% for thin and 9% for thick films with an increase of the irradiance.     

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。     

128元非致冷氧化钒红外探测器的制作

采用新工艺在氮化硅衬底上制备了室温时电阻温度系数为 - 0 .0 2 1K-1的氧化钒薄膜 ,以此为基础 ,利用光刻和反应离子刻蚀工艺在硅衬底上制作了 12 8元氧化钒红外探测器 .为了降低探测器敏感元与衬底间的热导 ,设计制作了自支撑的微桥结构阵列 .测试结果显示探测器的响应率和探测率在 8～ 12 μm的长波红外波段处分别达到10 4V/W和 2× 10 8cmHz1/ 2 W-1.     

Optical absorption behaviour of vanadium pentoxide thin films

Thin films of vanadium pentoxide have been prepared by the electron beam evaporation technique over a wide range of substrate temperatures. Spectrophotometric investigations have been made on these films in the wavelength range 350–1500 nm to determine the nature of the optically induced transition and the optical band gap. A better fit for the direct forbidden transition than for the indirect allowed transition is observed in all the films. The optical band gap is found to decrease with increasing substrate temperature and the subsequent appearance of a broadband absorption at about 1000 nm is attributed to the oxygen vacancies in the films. The effect of heat treatment in vacuum and oxygen ambient on the optical properties of these films is also reported. © 1997 John Wiley & Sons, Ltd.     

Resistive humidity sensor based on vanadium complex films

A resistive-type relative humidity （RH） sensor based on vanadium complex （VO2（3-f[）） film is reported in this study. Gold electrodes were deposited on the glass substrates in a co-planar structure. A thin film of vanadium complex was coated as a humidity-sensing material on the top of the pre-patterned electrodes. The humidity-sensing principle of the sensor was based on the conductivity change of coated sensing element upon adsorption/desorption of water vapor. The resistance of the humidity sensor measured at 1 kHz decreased linearly with increasing the humidity in the range of 35%-70% RH. The overall resistance of the sensor decreases 11 times. An equivalent circuit for the VO2（3-fl） based resistive-type humidity sensor was developed. The properties of the sensor studied in this work make it beneficial for use in the instruments for environmental monitoring of humidity.     

不同升温热处理方式二氧化钒薄膜的制备与光学相变性能

采用双离子束溅射方法制备氧化钒薄膜,分别利用常规和快速两种升温方式对氧化钒薄膜进行热处理,利用傅里叶变换红外光谱技术对热处理后氧化钒薄膜的变温光学透射性能进行测试,并对5μm波长处透过率随温度的变化曲线进行相变特性分析.实验结果表明,经过常规和快速升温热处理后均获得了二氧化钒薄膜;快速升温热处理后得到的薄膜中二氧化钒晶粒较小,尺寸分布均匀;而常规升温热处理后的二氧化钒薄膜中晶粒尺寸分布较宽、常规和快速升温热处理后,氧化钒薄膜的光透过率均存在可逆突变特性,变化幅度均超过60%.相变性能分析结果表明,快速升温热处理获得的二氧化钒薄膜相变持续的温度宽度较大,光学相变温度为63.74℃,高于常规升温热处理的60.31℃.     

掺铝ZnO透明导电薄膜的制备及光电性能研究

采用RF磁控溅射法制备了掺铝ZnO(AZO)透明导电薄膜,用X射线衍射仪、分光光度计和四探针仪等,研究了沉积温度对薄膜晶体结构和光电性能的影响。结果表明,AZO薄膜为六方纤锌矿结构的多晶膜,具有(002)择优取向。沉积温度对薄膜的择优取向程度、晶粒尺寸、透射率和导电性能等具有明显的影响。当沉积温度为400℃时,AZO薄膜最大晶粒尺寸为37.21nm、可见光范围平均透射率为85.5%、优良指数为1.30×10-2?-1。     

直流磁控溅射法制备非晶态氧化钒薄膜光学特性研究

研究了直流反应磁控溅射工艺中衬底温度对氧化钒(V2O5)薄膜性能的影响,利用X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和紫外-可见光分光光度计(UV1700)分别对薄膜进行了表征.实验结果表明,除了组分和晶态,薄膜的形貌和光学性能受衬底温度的影响很大.随着衬底温度的升高,膜表面变得粗糙,膜厚减小.光学特性测试表明,当衬底温度从160℃升高到320 ℃,光学带隙从2.39 eV下降到2.18 eV.     

B掺ZnO薄膜的制备及其光学性能研究

利用溶胶-凝胶法(sol-gel)在玻璃和硅衬底上生长了B掺杂量分别为0 at％、0.5at％、1.0 at％、2.0 at％、3.0 at％、4.0 at％的ZnO薄膜.采用X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、紫外-可见(ultraviolet-visible,UV-Vis)分光光度计等测试手段对薄膜的结构、形貌和光学性能进行了表征.结果 表明:所制备的样品在2θ=34.4°左右出现了ZnO晶体的(002)衍射峰,说明制得的样品具有六方纤锌矿结构.并且(002)衍射峰的半高宽先变小后变大,这说明衍射峰的强度是先加强后减弱,证明其晶粒尺寸是先增大后减小.当B掺杂量为3.0 at％时,样品沿(002)方向择优取向生长最为明显,薄膜上的晶粒生长均匀、致密.B掺氧化锌(BZO)薄膜在可见光区的透过率随B3+的掺杂量的增加先增加后减小,并出现轻微蓝移的现象.当掺入B3+的量为3.0 at％时,薄膜结晶质量最好,表面最为均匀、致密,透过率达到90％.     

硅基铁电薄膜的制备与电性能研究

用溶胶－凝胶（Ｓｏｌ－Ｇｅｌ）方法制备了有ＰｂＴｉＯ３（ＰＴ）过渡层的硅基Ｐｂ（Ｚｒ０．５３Ｔｉ０．４７）Ｏ３（ＰＺＴ）铁电薄膜，顶电极和底电极分别为溅射的金属钛铂层和低阻硅。在低温退火条件下得到了晶化很完善的铁电薄膜，测试结果表明有ＰＴ过渡层的铁电薄膜具有良好的铁电和介电性能。