论文部分内容阅读
热释电红外探测器作为非制冷红外探测领域的一个重要分支,一直都是研究的热点。钽酸锂作为一种典型的热释电材料,其居里温度高、介电损耗低、探测优值高,是制备热释电单元、线列及阵列探测器的理想材料。针对国内热释电探测器制备工艺复杂和探测性能较差的弱点,本文利用钽酸锂单晶材料作为探测器敏感元,研究了感光油墨光刻工艺和钽酸锂敏感元的激光切割加工工艺,完成了电流型单元红外探测器及线列探测器的器件设计与制备,并利用热释电红外探测器性能测试系统对单元器件及线列器件的性能进行了测试,主要内容和结论如下：1、根据电流型器件的电路设计、敏感元设计和封装设计,使用光刻工艺、激光切割工艺、超声波金丝压焊工艺以及点焊点胶等方法,完成了不同参数的电流型单元探测器制备。2、利用热释电红外探测器性能测试系统,完成了不同参数(反馈电阻10GΩ和100GΩ,反馈电容0.24pF到1.0pF)单元探测器的性能测试。各探测器的电压响应率Rv在1Hz到2Hz之间出现峰值,量级为104V/W到105V/W;探测器的NEP数值在10-7W到10-9W;探测器的D*数值在107cmHz1/2W-1到109cmHz1/2W-1量级,探测性能优良。3、根据实验测试及拟合计算,不同参数探测器的热时间常数在160ms到190ms之间,与电路无关,只与材料本身有关。电时间常数与电路反馈电容成正比,与电路反馈电阻成反比,电时间常数决定探测器的响应速度及频率响应范围。4、利用光刻工艺和激光刻蚀技术,加工钽酸锂薄片得到了不同规格的线列敏感元。探测单元尺寸为300μm/间距400μm,吸收层图案清晰,排列致密,表面呈多孔结构。控制激光切割深度,当切割重复次数为8次,刻蚀槽的深度和宽度均小于10μm,无破损及碎裂。5、测试计算线列器件探测单元的各项性能参数,各探测单元在5.3Hz下Rv为2.3×105V/W：探测率D*在108cmHz1/2W-1左右,最大值为7×108cmHz1/2W-1。实验结果说明,利用激光刻蚀方法制备的线列敏感元,同样具有极佳的探测性能。将测试频率提高到1000Hz以上时发现,探测单元的电压响应率、噪声和探测率均随频率的上升而下降,噪声等效功率随频率的上升而增加,表明器件在高频下的探测性能明显弱于在低频下的探测性能。