《高探測優值三明治型熱釋電薄膜微結構設計與性能研究》是依託哈爾濱理工大學，由遲慶國擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高探測優值三明治型熱釋電薄膜微結構設計與性能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：遲慶國
- 依託單位：哈爾濱理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目以Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5TiO3熱釋電薄膜為研究對象，結合多孔膜和多層膜結構的各自優點，設計和製備雙層緻密薄膜包夾多孔薄膜的三明治型複合薄膜。在薄膜製備過程中，通過界面處種子層的引入，期望同時實現三明治薄膜的低溫晶化及織構調控，為複雜結構熱釋電薄膜的設計提供一種新思路。同時在薄膜整體結構設計的基礎上，研究薄膜微觀結構與薄膜製備及處理方法之間的關係，進而闡明三明治複合薄膜織構調控、多孔薄膜中微孔表征與最佳化、各層薄膜尺寸設計等問題的影響因素與機制，並揭示上述問題與薄膜介電、鐵電、熱釋電性能及漏電流特性之間的內在聯繫，給出一種提高熱釋電薄膜探測優值的有效途徑，為非製冷熱釋電薄膜的套用奠定實驗與理論基礎。.本研究在新型熱釋電多層薄膜設計、高性能非製冷紅外探測器的製備以及擴大熱釋電薄膜在軍事和民用領域的套用等方面具有重要意義。
結題摘要
基於熱釋電薄膜的非製冷探測器及焦平面陣列正在成為軍事和民用領域中紅外探測系統的重要發展方向，熱釋電探測優值是衡量熱釋電薄膜性能的重要參數，然而基於熱釋電薄膜的紅外探測器一般探測優值較低，是其廣泛套用的瓶頸之一。針對這一問題，本項目通過界面種子層最佳化，在低結晶溫度下製備得到處於準同相區附近高擇優取向的(Na0.85K0.15)0.5Bi0.5TiO3 (NKBT)薄膜的基礎上，設計和製備得到了高探測優值複合結構薄膜體系，並對其性能最佳化機理進行詳細分析。 研究發現，對於NKBT薄膜來說，當退火溫度高至700°C時，薄膜才完全呈現鈣鈦礦結構。而通過薄膜-襯底界面處Pb0.8La0.1Ca0.1Ti0.975O3(PLCT)種子層的引入，實現了NKBT薄膜的低溫結晶(500°C)，同時誘發薄膜形成高度(100)取向。通過X射線小角鏡面反射表征，發現低溫晶化的薄膜界面擴散不明顯、缺陷較少。通過對種子層最佳化後不同厚度NKBT薄膜的物相成分進行詳細分析，發現低溫結晶、旋塗層數為6層的薄膜相結構處於準同相界區域。同時，闡明了相成分及結晶取向薄膜的極化特性的影響，在較低的外加電場下，晶化溫度為500°C時，旋塗6層的NKBT薄膜更易被極化，表現出相對較大的剩餘極化強度，此類薄膜具有低電壓操作和低功耗的特性，同時低溫結晶也為薄膜在矽基電路上實現單片集成提供重要保證。另外，利用PLCT薄膜的一系列優點，在較低的結晶溫度下，製備得到了疊層結構PLCT/NKBT多層薄膜。研究發現，低溫結晶(500°C)下PLCT/NKBT多層薄膜層與層之間界限清晰明顯，因此該種結構可以等同於單層薄膜電容結構的串聯，明顯降低了多層體系的介電常數；同時各層之間缺陷較少保證了多層體系依舊保持較大的熱釋電係數，致使這一結構表現出較高的探測優值。 結合多孔膜和多層膜結構的各自優點，設計和製備了雙層緻密薄膜包夾多孔薄膜的三明治型複合薄膜。在薄膜製備過程中，通過界面處種子層的引入，同時實現三明治薄膜的低溫晶化及織構調控，為複雜結構熱釋電薄膜的設計提供一種新思路。由於中間多孔層的存在，複合結構的介電常數大幅降低，同時，強取向及雙層緻密層使複合結構依舊保持高熱釋電係數以及較低的漏電流密度。使複合結構熱釋電探測優值有了大幅度提高。所做工作給出一種提高熱釋電薄膜探測優值的有效途徑，為非製冷熱釋電薄膜的套用奠定實驗與理論基礎。
