硅基PZT 热释电厚膜红外探测器的研制

在(100)单晶Si 衬底上,采用MEMS 工艺和丝网印刷方法制作了锆钛酸铅(PZT)厚膜热释电红外探测器,深入研究了PZT 厚膜材料的制备方法与器件加工工艺。采用四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液腐蚀Si 衬底制备硅杯结构。为防止Pb 和Si 相互扩散,在Pt 底电极与SiO2/ Si 衬底之间通过射频反应溅射制备了Al2O3 薄膜阻挡层。采用丝网印刷在硅杯中制备了30 m 厚的PZT 材料,并用冷等静压技术提高厚膜的致密度,实现了PZT 厚膜在850℃的低温烧结。PZT 厚膜在1 kHz、25℃下的相对介电常数与损耗角正切分别为210 和0.017,动态法测得热释电系数为1.510-8Ccm-2K-1。最后制备了敏感元为3 mm3 mm 的单元红外探测器,使用由斩波器调制的黑体辐射,在调制频率为112.9 Hz 时测得器件的探测率达到最大值7.4107 cmHz1/2W-1。     

PZT厚膜与Si衬底互扩散阻挡层研究

在Pt/Ti/SiO2/Si基片上,利用电泳沉积制备PZT热释电厚膜材料.为防止Pb和Si互扩散,在Pt底电极与SiO2/Si衬底间通过直流磁控溅射制备了TiOx薄膜阻挡层.对具有0、300 nm和500 nm TiOx阻挡层的PZT厚膜材料用SEM和能量色散谱仪(EDS)表征了Pb和Si互扩散情况,用动态热释电系数测量仪测试了热释电系数.结果表明,当TiOx阻挡层为500 nm时,可阻挡Pb和Si互扩散,热释电性能最好.热释电系数p=1.5×10-8 C·cm-2·K-1,相对介电常数εr=170,损耗角正切tanδ=0.02,探测度优值因子Fd=1.05×10-5pa-0.5.