柔性热释电单元器件设计与制备

发布时间：2021-07-21 15:31

　　基于有机高分子材料的柔性热释电探测器具有制备工艺简单,易于加工的优点,同时具有较小的介电常数及热导率,适用于制备大规模集成器件,近年来成为研究的热点。本文工作围绕着基于PVDF的热释电探测器单元器件结构展开,通过有限元软件COMSOL系统的仿真研究了敏感元结构、支撑结构对器件性能的影响,同时初步探索了具有表面结构的PVDF热释电敏感薄膜的制备工艺。首先,通过COMSOL建立二维模型,系统的分析了表面结构对PVDF敏感单元热学性能的影响。重点设计并构建了两种三维有限元模型,更为全面的分析了表面结构对敏感元表面热学性能的影响,与不具有微结构结构敏感元进行对比分析。得出当敏感元具有倾斜壁沟槽结构时,敏感元上表面温度变化率面积分相比于不具有微结构提升了117.7%。对表面结构参数进行了仿真优化,分析研究了不同的结构参数对敏感元热学性能的影响。其次,介绍了PVDF热释电探测器中的微音效应（micro-phonic effect）,通过COMSOL仿真分析了支撑结构对敏感元应力的影响。设计五支撑柱支撑结构,通过仿真研究其对因微音效应所产生的压电干扰电压的抑制作用,与衬底整体支撑结构进行热学及力学对... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 热释电探测器研究进展
    1.3 本文主要研究内容及研究意义
        1.3.1 本文主要研究内容
        1.3.2 研究意义
第二章 热释电红外探测器与仿真方法
    2.1 热释电效应与压电效应
        2.1.1 热释电效应
        2.1.2 压电效应
    2.2 PVDF热释电敏感薄膜
    2.3 热释电探测器工作原理及性能参数
        2.3.1 热释电探测器工作原理
        2.3.2 热释电探测器主要性能参数
    2.4 热释电探测器敏感元结构
    2.5 仿真方法概述
    2.6 本章小结
第三章 单元器件敏感元结构仿真设计
    3.1 敏感单元热学性能二维仿真分析
        3.1.1 不具有微结构敏感元热学性能仿真分析
        3.1.2 垂直壁沟槽结构热学性能仿真分析
        3.1.3 倾斜壁沟槽结构热学性能仿真分析
    3.2 敏感单元热学性能三维仿真分析
        3.2.1 不具有微结构敏感元热学性能三维仿真分析
        3.2.2 倾斜壁沟槽结构热学性能三维仿真分析
        3.2.3 倾斜壁矩形坑结构热学性能三维仿真分析
    3.3 敏感单元结构参数优化
        3.3.1 倾斜壁角度对热学性能的影响
        3.3.2 表面结构尺寸与间隔对热学性能的影响
    3.4 本章小结
第四章 单元器件支撑结构的仿真设计
    4.1 .热释电敏感元的微音效应
    4.2 敏感元结构对表面应力的影响
    4.3 支撑结构对敏感元表面应力的影响
    4.4 衬底整体支撑结构
        4.4.1 衬底整体支撑结构对微音效应的抑制
        4.4.2 衬底整体支撑结构的热学性能
    4.5 五支撑柱结构
        4.5.1 五支撑柱结构对微音效应的抑制
        4.5.2 五支撑柱结构参数优化
        4.5.3 五支撑柱结构的热学性能
    4.6 本章小结
第五章 柔性热释电探测器的制备
    5.1 实验材料及仪器
    5.2 PVDF薄膜的制备
        5.2.1 模具的制备
        5.2.2 流延法制备薄膜
        5.2.3 刮膜法制备薄膜
    5.3 PVDF薄膜形貌测试
        5.3.1 薄膜表面结构质量
        5.3.2 薄膜表面结构尺寸测试
    5.4 电极制作与热极化
        5.4.1 电极制作
        5.4.2 热极化处理
    5.5 器件响应率测试
        5.5.1 测试系统搭建
        5.5.2 响应率测试
    5.6 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 主要结论
    6.2 前景展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]锰钴镍铜氧薄膜红外探测器制备与性能研究[J]. 周炜,欧阳程,吴敬,高艳卿,黄志明.  红外与激光工程. 2014(04)
[2]铌酸锂晶片热释电红外探测器设计及性能测试[J]. 刘岗,梁庭,林斯佳,李颖,刘俊.  传感技术学报. 2013(03)
[3]聚偏氟乙烯的晶体结构及应用[J]. 张军英,李新开,王清海,冀克俭,王树伦.  工程塑料应用. 2008(12)
[4]红外焦平面成像器件的重大应用[J]. 陈伯良.  红外与激光工程. 2005(02)
[5]非制冷型热释电薄膜红外探测器的制备及应用[J]. 刘少波,李艳秋.  激光与红外. 2004(01)
[6]掺尿素的TGS晶体的生长及性质研究[J]. 孙洵,王民,史伟,房昌水.  功能材料. 2000(01)
[7]国外红外探测器的发展及其在制导武器中的应用[J]. 艾琍.  红外技术. 1996(03)
[8]热电探测器对辐射功率的响应[J]. 甘德昌.  物理学报. 1995(01)

硕士论文
[1]钽酸锂薄膜红外探测器的研究[D]. 谢明君.电子科技大学 2007
[2]热释电探测器综合理论模型分析[D]. 吕小平.长春理工大学 2007



本文编号：3295294