论文部分内容阅读
热释电红外探测器具有响应速度快、探测率高、工作温区宽、噪声和功耗较低等优点,一直是非制冷红外探测器领域的研究热点。研究表明,热释电材料的性能和器件的隔热结构是影响热释电红外探测器性能的关键因素。LiTaO3单晶材料具有热释电系数大、居里温度高和介电常数小的特点,是目前最常用的热释电材料。采用MEMS工艺加工的硅基绝热结构隔热性能,但是在硅基绝热结构上生长的LiTaO3薄膜为多晶结构,热释电性能与单晶相比衰减明显。针对这一问题,本论文提出了UV胶键合实现钽酸锂单晶与悬空绝热结构的集成的新方法,设计出探测器的具体结构与制备流程,通过研究探测器制备工艺和结构对器件性能的影响,优化了制备工艺参数和器件结构参数,最后将优化后的参数用于制作了2×2多元器件并测试其性能。1、设计了由LiTaO3单晶/带凹槽石英衬底构成的探测器结构,并通过有限元仿真对探测器结构进行了仿真;建立了采用UV胶键合实现LiTaO3单晶与衬底的集成工艺,制备出探测器原型器件,对器件结构和集成工艺进行了初步验证。2、研究了电极图形化和集成工艺及其对器件性能的影响。通过紫外激光刻蚀对LiTaO3晶片进行上下电极的图形化,在30kHz激光频率、0.15W功率和400mm/s的标刻速率下,分别通过5次、4次刻蚀可以完成上下电极的图形化;通过涂胶时间和转速控制UV胶均匀度和厚度,确定了UV胶均匀性和厚度与甩胶工艺的关系,并研究了其对器件性能的影响,确定了优化的工艺条件为涂胶时间60s、转速5000rpm的涂胶制备的16.27μm厚UV胶。3、设计了由石英凹槽形成的空气隙绝热结构,采用有限元仿真方法分析了隔热结构参数对器件电学、力学性能的影响,研究了LiTaO3单晶的激光刻蚀加工方法。结果表明探测器热学性能与绝热结构空气隙面积成正比,与横向绝热结构的宽度与深度成正比,结合力学仿真结果选择7mm×7mm的空气隙作为器件的纵向隔热结构;系统研究了LiTaO3的激光刻蚀工艺以形成器件横向绝热结构,在优化工艺条件下可实现LiTaO3最大刻蚀宽度和深度分别为0.4mm和59.2μm。4、将经过优化的工艺参数和结构参数用于2×2多元探测器的制备并进行测试,探测率最大可以达到1135.241V/W,D*最大可以达到2.77×108cm·Hz1/2/W。