微納VO-,2-薄膜特性及其應用研究.pdf

1、高靈敏度的非致冷紅外焦平面的出現(xiàn)被認為是近二十多年來紅外工程的最了不起的成就。相比于致冷型光子探測器，非致冷型探測器具有成本低、體積小、重量輕、功耗小、可靠性高等方面的優(yōu)點，引起了紅外成像應用方面的廣泛的關(guān)注。 氧化釩微測輻射熱計是一種非致冷紅外熱探測器，它采用與標準的互補型金屬氧化物半導體準CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor-CMOS）工藝兼容的表面微機械加工工藝，將陣列探

2、測器與讀出電路單片集成。目前已有像元面積25μm×25μm、陣列規(guī)模640×480的氧化釩微測輻射熱計，其噪聲等效溫差接近12mk。但是微測輻射熱計的性能改善還有很大的空間，特別是改善熱敏材料的性能。 本文圍繞微測輻射熱計通常使用的材料二氧化釩（Vanadium Dioxide-VO2）進行研究，制備了微米及納米結(jié)構(gòu)VO2薄膜，研究了兩種材料的性能及其應用，重點對兩種材料在紅外探測方面的應用進行了研究。主要的研究成果如下:

3、 (1)進行了微米結(jié)構(gòu)VO2薄膜研制工作。通過磁控濺射方法制備的該薄膜具有1～2μm平均晶粒度，相變溫度為68℃，在半導體區(qū)的電阻溫度系數(shù)（Temperature coefficient of Resistance-TCR）為-2.2％/K。 (2)開展了納米結(jié)構(gòu)VO2薄膜研究工作。該薄膜通過離子束濺射和后退火工藝制備，對薄膜的特性研究表明：薄膜晶粒度為8nm，35℃發(fā)生相變溫度，在材料的半導體相區(qū)TCR為-7％/K，較微米結(jié)

4、構(gòu)熱敏VO2的TCR高3倍多。 (3)制作了微米和及納米VO2線列128元紅外探測器，并對兩者的紅外探測性能進行了對比測試。測試結(jié)果表明：納米 VO2線列探測器的紅外響應性能較微米VO2 線列探測器的紅外響應性能得到了很大的提高，前者為后者的2～3倍。 (4)研制了以微米VO2薄膜為傳感材料，聚合物苯并環(huán)丁烯（Benzocyclobutene- BCB）為柔性襯底的柔性微測輻射熱計。對器件的測試表明：在800K的黑體輻照

5、、3Hz斬波頻率下，器件的響應率和探測率分別為7.4×103V/W和6.9×107cmHz1/2/W。 (5)完成了微米VO2陣列（32×32）微測輻射熱計的研制工作，器件的制作工藝與CMOS工藝完全兼容。測試表明：在1V的偏壓下，器件的像元響應率和噪聲等效溫差功率的典型值分別為1.47×104 W/K、4.14×10-10W。 (6)研究了低溫相變納米VO2薄膜智能窗在可見光區(qū)低透過率的改善方法。通過在納米VO2智能窗