室温Bolometer的制备与研究

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THz(terahertz)辐射在物理、生物、信息等领域具有广阔的应用前景,THz检测器件又是THz应用的关键。因此,THz检测器件的开发就成为了当前国际电子学研究的一个前沿领域。   基于测热辐射计(Bolometer)的低噪声直接检波技术是实现THz频段信号检测的方法之一,直接检波技术不需要本振信号,系统方便易于实际应用。要实现方便、灵敏、快速的信号检测,则要求检测器件Bolometer具有响应速度快、灵敏度高且能室温工作等特点。本文研制了中心频率为0.205 THz的常温Bolometer器件,该Bolometer器件与目前一些商用THz检测器件相比,具有较快的响应速度和较高的检测灵敏度:研制的Bolometer器件的响应时间约为15微秒,器件的电响应率在偏置电流为0.35 mA时,可以达到532V/W。.测得的器件的噪声电压为4.388 nV/√Hz(大于600Hz),由此得到的器件的等效噪声功率(NEP)可以达到8.25×10-12W/√Hz。我们利用准光测量系统对制备的Bolometer器件进行了实验表征,偏置电流在0.35 mA时,实验测得的电压响应可以达到157.8 V/W,斩波频率大于600Hz时,准光测量系统的等效噪声功率(NEP)可以达到2.78×10-11W/√Hz。   本文介绍的主要内容是:   一、THz Bolometer器件的制备:介绍了射频和直流磁控溅射制备Bolometer器件的材料-Nb5N6薄膜的工艺技术和采用光刻、反应离子刻蚀、化学腐蚀等一系列的微加工技术手段,制备集成有偶极子平面天线的Nb5N6Bolometer器件的工艺过程。   二、Nb5N6Bolometer器件的性能评价表征:介绍了由实测的Nb5N6Bolometer器件的直流I-V曲线计算可达到的最大电压响应的方法,Bolometer器件的响应时间和噪声电压谱的实验测量。利用THz准光学测量系统,实验验证制备的Bolometer器件对0.2THz信号的响应特性。
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