论文部分内容阅读
红外场景产生器是红外仿真系统的核心,以电阻阵列作为红外发射源是发展红外场景产生器的主要技术之一,具有低功耗、大温度范围、高分辨率、高占空比等优点,受到人们极大的关注。氮化钽薄膜由于具有低的电阻温度系数、相对较低的热导率、高的红外发射率以及在溅射过程中可以通过改变氮气的流量来改变薄膜的电阻率,且可重复操作性好的特点,可以用于制作红外场景产生器。本文采用反应磁控溅射法制备TaN薄膜,研究了氮分压、工作气压、沉积温度、溅射功率等工艺参数对薄膜结构和性能的影响。研究表明,当氮分压从1%增加到20%,薄膜的晶粒尺寸和表面粗糙度变大,薄膜的方阻和电阻温度系数增加,薄膜的沉积速率降低;当氮分压为9%时,薄膜呈现TaN(200)面择优取向;当氮分压高于15%薄膜的方阻急剧增长。随着工作气压的增大,薄膜的溅射速率迅速变小,薄膜的方阻和电阻温度系数迅速增大。随着沉积温度的增加,薄膜的方阻和电阻温度系数减小。当沉积温度低于200℃时,薄膜结晶不完好,薄膜的方阻和TCR都很大。而当高于500℃时,温度对薄膜的结构影响不再明显。相对于其他参数,溅射功率对簿膜结构的影响很小,但是对于薄膜的溅射速率的影响巨大,从而影响了薄膜的方阻。另外,随着功率的减小,薄膜的电阻温度系数逐渐变小。通过对氮分压、工作气压、沉积温度、溅射功率等工艺参数的优化,得到用于制备电阻阵列红外场景产生器的的TaN薄膜的工艺参数为:氮分压9%、工作气压0.6Pa、沉积温度600℃、溅射功率60W、溅射时间30min。在此条件下制备的TaN薄膜方阻为48Ω/□、电阻温度系数为-198ppm/℃,可满足制作电阻阵列红外场景产生器的要求。通过优化光刻、Si和SiO2的湿法腐蚀、磁控溅射TaN薄膜和Pt/Ti电极以及电极的剥离等工艺,制作出了微桥结构的单元电阻红外场景产生器,其表面温度可达308K,时间参数约为50ms,基本满足中、长波红外仿真的要求。