论文摘要
非致冷焦平面阵列（Uncooled Focal Plane Array，UFPA）的热成像系统具有高密度、高性能、低成本、低功耗及小型化的特点，是目前红外热成像领域中最具前途的发展方向。热释电材料是红外焦平面阵列的关键技术之一，因此，这方面材料的理论和性能是当今材料科学和微电子科学领域的研究前沿。本文在热释电材料热释电理论和BaxSr1-xTiO3（BST）热释电薄膜方面主要进行了研究，通过传统铁电材料的热力学模型，推导了热释电晶体的热释电方程，并对实际晶体进行模拟，得出了相应的拟合结果，并对相应的物理参数进行了描述；在铁电材料热力学理论基础上，引入熵值，在爱因斯坦振动理论基础上，通过替代，建立了热释电晶体的赝热力学模型，并对TGS系列晶体进行拟合，得出的结果比传统热力学模型更接近实际热释电曲线；在设定铁电材料的偶极子和非偶极子所建立的热力学平衡基础上，引入传统的热力学概念，并设定热释电薄膜为三明治结构，建立了热释电薄膜的热力学平衡模型，并对实际热释电薄膜Pb0．95Er0．05(Zr0．52Ti0．48)O3（PEZT），Ba0．8Sr0．2TiO3（BST80），Ba0．66Sr0．34TiO3（BST66）和Sr0．255La0．03Ba0．7Nb1．95Ti0．05O5．95／2（SLBNT）等进行拟合，拟合的结果与实际的热释电曲线一致，并对热力学平衡模型的物理参数进行了比较和说明；采用多工位平面磁控溅射装置制备BST薄膜，研究了650℃下退火的薄膜介电-温度特性、电滞回线等性能，剩余极化和饱和电场分别为4．1μC／cm2和60．9kV／cm，晶粒尺寸可达80nm左右，居里点在19℃附近。采用sol-gel法准备了BST薄膜，研究了溶胶浓度及薄膜在不同温度、不同退火时间对BST薄膜表面形貌的影响，得出了适宜的溶胶浓度。同时发现，在长时间退火下，BST薄膜的表面出现比较大的岛状结构，该结构对BST薄膜的性能有不利的影响；通过BST薄膜的介电-温度特性，计算得出了这两种方法制备的BST薄膜的热释电系数-温度曲线，并应用热力学平衡模型进行了模拟，得出了模型中各参数的数值；研究了Sn掺杂BST薄膜，Sn的掺入并未使BST薄膜晶粒尺寸受到影响，但介电常数明显降低。Sn离子存在多种变价离子，且占据ABO3的B位，因此对空位有一定的钉扎作用，改善了BST薄膜的电性能。研究了La掺杂BST薄膜，La的掺入明显降低了BST薄膜的晶粒尺寸，且介电常数也降低，削弱了BST薄膜的介电性能，但漏电流性能有所提高。进一步研究了BST与La掺杂BST交替生长的BST／BSLaT／BST薄膜，明显增大了晶粒尺寸，兼有BST薄膜的介电性能和La掺杂BST薄膜的漏电流特性；通过BST薄膜的介电-温度特性，计算得出了这三种方法制备的BST薄膜的热释电系数-温度曲线，并应用热力学平衡模型进行了模拟，得出了模型中各参数的数值；在Pt／Ti／SiO2／Si衬底上制备的BST薄膜，经退火后发现Pt电极的Pt原子向BST薄膜发生扩散，并存在一定的扩散深度。在BST薄膜和Pt层界面处主要是以体扩散为主，而在较远的距离发生晶界扩散。Pt原子在BST薄膜中的扩散严重影响了BST薄膜的电性能；研究了Sol-gel法制备LNO电极工艺和LNO薄膜的性能，实验中发现，在700℃下退火的LNO薄膜在（200）面高度定位，电阻率和方块电阻分别达到0．0037Ω·cm和76Ω／□，完全适用于BST薄膜的底电极；研究了BST薄膜和Sn掺杂BST薄膜在LNO底电极上的沉积，通过与在Pt／Ti／SiO2／Si衬底上沉积的BST薄膜比较发现：BST薄膜和BSTS薄膜的介电常数和介电损耗均有降低，且漏电流特性明显提高。
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标签：非致冷红外焦平面阵列论文; 热释电理论模型论文; 薄膜论文; 溅射论文;