BST铁电薄膜红外探测器阵列的制备工艺及其电学性能

论文摘要

铁电薄膜及其集成器件是当前材料科学和微电子领域的研究热点。本文以研发铁电薄膜红外探测器阵列为目标,利用磁控溅射法制备了BST铁电薄膜,研究了金属电极和BST薄膜的微加工工艺,并对探测器阵列的结构和各层光刻掩模版图进行了设计；以此制备了8x8元和16×16元Au/Ni-Cr/BST/Pt-Ti四层叠加的铁电薄膜红外探测器阵列,测试了阵列的电学性能。具体研究内容如下：（1）采用磁控溅射法制备出Ba0.8oSr0.2oTi03铁电薄膜。研究了工作气压、氧氩比、衬底温度对BST薄膜成膜质量的影响,确定了适于磁控溅射沉积BST薄膜的最佳工艺参数条件；在此工艺条件下制备得到的800nm厚BST薄膜在室温时30V外加偏压下剩余极化强度2Pr为6.47μC/cm2,5V外加电压时漏电流大小为4.22×10-10A,测试频率为200KHz时介电常数和损耗分别为428、0.007。（2）使用光刻-剥离技术实现了对上下电极和吸收层金属微图形的制备；使用光刻-湿法刻蚀成功地对BST薄膜进行了微图形化。优化了光刻剥离胶ENPI202和AZ5214E正胶的工艺参数：使用体积比为1：20：50的HF（40wt%）HNO3(65.68wt%、H2O2（30wt%）混合溶液为刻蚀液对BST薄膜进行了刻蚀,在30℃水浴恒温下,对800nm厚的薄膜刻蚀时间为18s,刻蚀速率为44.44nm/s,刻蚀得到的图形边缘清晰整齐、结构完整、无刻蚀残留物；刻蚀完成后在空气中600℃下退火30min,可显著恢复刻蚀对薄膜电性能的影响。（3）对铁电薄膜红外探测器阵列的结构进行了设计,并使用L-edit软件绘制了8x8元、16×16元阵列各层的光刻掩模版图；制备了8x8元和16×16元BST铁电薄膜红外探测器阵列,对8x8元阵列的铁电、介电和漏电流特性进行了表征和分析；室温时外加电压为30V下,8x8元BST薄膜阵列的剩余极化强度2Pr为1.83μC/cm2,测试电压为5V时漏电流大小为9.02×10-6A,测试频率为200KHz时介电常数和介电损耗值分别为276、0.013。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 非制冷红外探测器的分类
• 1.3 热释电红外探测器
• 1.3.1 热释电红外探测器原理
• 1.3.2 热释电红外探测器研究现状
• 1.3.3 铁电薄膜UFPA
• 1.4 本文研究的主要内容及意义
• 第二章 BST薄膜的磁控溅射制备工艺及其电学性能表征
• 2.1 引言
• 2.2 工作气压对BST薄膜微结构和电性能的影响
• 2.3 氧氩比对BST薄膜微结构和电性能的影响
• 2.4 衬底温度对BST薄膜微结构和电性能的影响
• 2.5 本章小结
• 第三章 铁电薄膜红外探测器阵列的微加工工艺研究
• 3.1 引言
• 3.2 上下电极和吸收层的微图形化工艺
• 3.2.1 剥离胶光刻工艺
• 3.2.2 上下电极和吸收层的剥离
• 3.3 BST薄膜的微图形化工艺
• 3.3.1 AZ5214E正胶光刻工艺
• 3.3.2 BST薄膜的湿法刻蚀
• 3.3.3 刻蚀对BST薄膜微结构和电性能的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 BST铁电薄膜红外探测器阵列的制备及其电学性能表征
• 4.1 铁电薄膜红外探测器阵列的设计
• 4.2 16×16元铁电薄膜红外探测器阵列的制备
• 4.3 铁电薄膜红外探测器阵列的电学性能表征
• 4.4 本章小结
• 全文总结
• 参考文献
• 附录
• 致谢