线列结构热释电探测器工艺及性能研究

发布时间：2017-07-31 07:19

  本文关键词：线列结构热释电探测器工艺及性能研究

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【摘要】：基于热释电材料的热释电探测器是最近国内外研究的重点,而基于钽酸锂材料的热释电宽光谱线列器件的制备技术还在摸索阶段。室温工作热释电探测器具有宽光谱响应、无波长选择性、无需制冷、结构简单、价格低廉的特点,是当前宽光谱探测器的重要发展方向。本论文研究热释电探测器的内容着重在以下几个方面进行:热释电探测器单元结构设计与仿真,对比多种探测器单元结构,建立探测单元结构立体模型、进行探测单元结构的仿真,并对这些仿真结果进行分析和讨论;开展了钽酸锂晶体材料减薄工艺研究,使用了化学机械抛光方法和反应离子刻蚀方法。化学机械抛光法方面研究了温度、氧化剂和PH值对钽酸锂腐蚀速度的影响,对化学机械抛光的稳定剂的选择也做了说明。反应离子刻蚀方面使用氯气进行刻蚀获得了性能更优、表面更加平整的钽酸锂晶体薄片;同时因为钽酸锂晶片对太赫兹波吸收微弱,需要进行太赫兹吸收层制备,展开了碳纳米管吸收层薄膜的制备,制备过程中将碳纳米管环氧树脂材料更换为碳纳米管聚氨酯材料,解决了碳纳米管环氧树脂制备过程中遇到的工艺问题。改进了碳纳米管薄膜表面的平整度,并对薄膜的吸收率进行了测试。按照优化的探测单元结构,基于光刻方法将线条晶体划分成32×1的线列探测器敏感元的方法完成了线列版图的设计,制备探测器顶层吸收层达到了增加探测性能的目标,并且对线列阵列制备工艺进行了研究,完成了线列探测器件的制备。最后进行了探测器性能的测试,通过线列读出电路及信号采集电路软件进行了探测器的测试。采用高功率太赫兹激光器作为辐射源,对制备的线列器件的噪声与响应特性进行了测量,通过计算得到器件的噪声等效功率和响应均匀性。通过测试结果对比与分析,优化器件结构设计与制备工艺,最终得到的线列探测器其线列单元数目为30,响应率为2786V/W,噪声等效功率(NEP)为2.95×10-9W/Hz1/2,响应均匀性达到91.6%,获得了良好的探测器性能。
【关键词】：热释电探测器 钽酸锂 探测器结构 太赫兹吸收层 探测器性能
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN215
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 热释电探测器9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 主要研究内容12-13
• 第二章 钽酸锂热释电探测器结构仿真13-26
• 2.1 热释电THz探测器工作原理13
• 2.2 选择探测器结构13-14
• 2.3 建立仿真模型14-16
• 2.4 仿真结果与分析16-24
• 2.5 本章小结24-26
• 第三章 钽酸锂晶体材料减薄工艺26-33
• 3.1 化学机械抛光（CMP）26-30
• 3.1.1 温度对钽酸锂腐蚀速度的影响26-27
• 3.1.2 氧化剂对钽酸锂腐蚀速度的影响27-28
• 3.1.3 腐蚀液PH值对钽酸锂腐蚀速度的影响28
• 3.1.4 稳定剂的选择28-29
• 3.1.5 钽酸锂晶体表面形貌测试29-30
• 3.2 反应离子刻蚀30-31
• 3.3 本章小结31-33
• 第四章 太赫兹吸收层制备33-44
• 4.1 碳纳米管环氧树脂薄膜制备33-34
• 4.2 碳纳米管聚氨酯薄膜制备34-39
• 4.2.1 正方形 2cm×2cm小基片碳纳米管聚氨酯薄膜制备34-37
• 4.2.2 二寸或四寸圆片碳纳米管聚氨酯薄膜制备37-38
• 4.2.3 碳纳米管聚氨酯薄膜THz-TDS测试38-39
• 4.3 改进碳纳米管薄膜的平整度39-41
• 4.4 吸收率测试41-43
• 4.5 本章小结43-44
• 第五章 线列太赫兹探测器制备及测试44-53
• 5.1 线列太赫兹探测器结构版图设计44-46
• 5.2 线列阵列制备工艺研究46-48
• 5.3 热释电线列探测器件测试48-52
• 5.3.1 测试系统48-49
• 5.3.2 测试原理49-50
• 5.3.3 测试步骤50-51
• 5.3.4 测试结果51-52
• 5.4 本章小结52-53
• 第六章 总结与展望53-55
• 6.1 主要结论53-54
• 6.2 前景展望54-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-59

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本文编号：598010