与其他类型的红外探测器相比,基于热释电效应的非制冷红外探测器因具有独特的优势在军事和民用中具有重要的应用。本论文围绕全新的第三代高性能弛豫 铁 电 体——三 方 相 高 居 里 点 Mn 掺 杂0.36Pb(In1/2Nb1/2)O3-0.36Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.28PbTiO3(Mn-PIMNT)热释电薄膜及其非制冷红外探测器开展研究,首先在硅衬底上进行Mn-PIMNT薄膜的制备,并在此基础上开展基于Mn-PIMNT薄膜的非制冷红外探测器的结构设计、制备和性能研究,主要开展工作如下:(1)使用脉冲激光沉积(PLD)系统,首先在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备导电缓冲层La0.6Sr04CoO3(LSCO),接着在具有LSCO缓冲层的Pt/Ti/SiO2/Si衬底上进一步沉积了 Mn-PIMNT薄膜。通过XRD、SEM、AFM、TF2000等仪器,综合研究了 Mn-PIMNT薄膜的相结构、铁电、介电、压电、热释电性能和纳米畴演化过程。通过调控薄膜的沉积条件,研究了沉积温度和沉积氧压对薄膜结晶质量和性能的影响,确定了优化的薄膜制备条件。结果表明:LSCO导电缓冲层的引入,可以有效地改善Mn-PIMNT薄膜结晶和电学性质,同时可以阻止铁电薄膜和Pt电极之间的扩散,最终得到Mn-PIMNT薄膜的优化制备条件为:530℃的溅射温度,20 Pa的溅射氧压,激光能量300 mJ,脉冲频率5 Hz,制备的Mn-PIMNT/LSCO/Pt薄膜表面平整致密,横截面的界面清晰,具有纯钙钛矿结构和典型的P—E电滞回线,室温下剩余极化强度高达36.2μC/cm2,矫顽场为5.2 kV/mm,1 kHz下介电常数达3978,介电损耗为0.05。在低电场下,漏电流密度低至2.5×10-13 A/cm2。在原位直流电场作用下,通过压电力显微镜(PFM)研究了电畴演化过程,观察到1800的电畴反转。同时,Mn-PIMNT薄膜还表现出优异的热释电性能,室温下热释电系数p为6.74×10-4 C/m2K,优于PZT薄膜的热释电系数(p为1.55× 10-4 C/m2K),探测率优值Fd达到0.9×10-5 Pa-1/2。(2)在获得优良热释电性能薄膜基础上,建立针对新型弛豫铁电薄膜红外探测器的理论模型,分析了其电压响应率(RV)、噪声(Un)和比探测率(D*),并使用MATLAB模拟计算了不同调制频率下的RV、Un和D*。在对非制冷红外探测器模型进行理论分析的基础上,研究了红外探测器的制备与微加工工艺。主要流程包括弛豫铁电薄膜底电极Pt的刻蚀、上电极及吸收层Cr的制备与图案化、硅基底背面悬空微桥结构的释放。首先使用NLD-570刻蚀显露出底电极Pt,接着使用磁控溅射制备图案化Cr顶部电极,然后使用MA6/BA6光刻机,研究了光刻工艺对光刻胶掩膜图案的平整度、垂直度的影响,制备了硅基底背面16 μm厚的光刻胶掩膜图案。在此基础上通过STS深硅刻蚀进行微桥结构的硅基刻蚀,制备出具有微桥结构的红外探测器灵敏元元件,灵敏元的电极、吸收层图案完整,边缘清晰,悬空薄膜厚度均匀、应力值小,微桥深度达500 μm。在此基础上,封装得到了基于电压模式的薄膜探测器原型器件,在黑体为500 K,斩波器调制频率为10 Hz时,测试了 Mn-PIMNT薄膜红外探测器的输出,为促进相关应用奠定了良好的基础。