PZT陶瓷红外探测器混合集成工艺与性能研究

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PZT陶瓷材料是一种具有重要应用价值的多功能材料。在非制冷的高性能热释电红外探测器应用方面,基于PZT陶瓷材料制备的红外探测器件具有巨大的潜力,表现出优越的性能。然而,基于PZT陶瓷材料的红外探测器件制备工艺不能与当今成熟的Si集成工艺相结合,不利于批量生产。因此,在Si片上集成制备基于PZT陶瓷材料的热释电红外探测器是近年来国内外研究的热点和重点。本论文开展了红外吸收层以及PZT陶瓷材料热释电红外探测单元的制备工艺研究,其主要内容和成果如下:1.系统研究了金黑红外吸收层的制备工艺,对钼舟规格、基片衬底、真空泵、蒸发电流、靶材距离、N2气压以及蒸发量等制备条件做了具体的分析和研究。对不同的N2气压、不同量的蒸发源下制备所得金黑的红外吸收性能做了测试和对比,得出在不影响蒸发面积以及不显著提高金黑热容的情况下,3000pa N2气压,0.3gAu蒸发源的制备条件能使金黑的吸收性能较好,基本满足热释电红外探测单元红外吸收层的需要。研究了502熏蒸的方法,解决了金黑对基片的附着力问题。同时通过对熏蒸前后金黑吸收性能的测试和对比发现,502熏蒸对金黑的吸收性能几乎不产生影响。2.使用双面抛光并且附有Cr/Au电极的PZT圆片作为探测器的敏感单元。通过先制备吸收层再制作敏感单元的方法,解决了金黑吸收层使PZT陶瓷片上下电极短路的问题。研究了PI与PVDF双层结构厚膜形式作为热绝缘层的可行性。其中,PI解决了PVDF对Si衬底的低附着力问题,PVDF解决了PI表面的不平整性和膜厚问题。通过3ω法对其进行测试,热导率达到0.40.45W/mk。3.采用Au-In键合技术与超声压焊技术,对绝热层结构的单元探测器件的制备工艺进行了研究。在调制频率143.3Hz下,探测器的探测率D*达到最大值2.2×109cmHz1/2W-1。采用湿法腐蚀工艺与激光刻蚀技术,在Si片上制作微桥悬空结构的单元探测器件。在调制频率143.3Hz下,探测率D*达到最大值1.9×109cmHz1/2W-1
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