МИКРОБОЛОМЕТРЫ НА ОСНОВЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКОВ

АННОТАЦИЯ

Разработки неохлаждаемых микроболометрических ИК-матриц, использующихся в системах инфракрасного видения, в последние годы проводятся в направлении, как улучшения чувствительности, так и снижения стоимости приемников за счет совершенствования технологии их изготовления и интегрирования в массовые производственные процессы микроэлектроники.

Ключевые слова: пленки пироэлектрических материалов, кремний, ферроэлектрики, микромостиковая структура.

Для болометрических целей используется ряд сложных оксидов - ферроэлектриков, демонстрирующих сигнетоэлектричесике свойства - BaSrTiO₃(BST), LiNbO₃, PbZrTiO³(PZT), KTaNbO³ [1-3].

В Университете штата Техас, Хьюстон, Space Vacuum Epitaxy Center, http://www.svec.uh.edu, разрабатываются ферроэлектрические тонкие плёнки с сильным сегнетоэлектрическим эффектом для неохлаждаемых ИК детекторов и систем теплового зрения. Они включают как военные, так и коммерческие приложения, начиная от систем ночного зрения и кончая контролем технологических процессов. Плёнки PbZrTiO₃ (PZT) выращиваются эпитаксиально путём импульсного лазерного осаждения и интегрируются с кремнием путём использования электродов из проводящего оксида и буферных слоёв.  Плёнки YBa₂Cu₃O_7-x (YBCO) использовались при комнатной температуре в качестве проводящих оксидных электродов, а также превосходных подложечных слоёв для эпитаксиального наращивания легированных тонких плёнок PZT. Высокая отражательная способность в ИК-области спектра и низкая теплопроводность слоёв YBCO эффективны для улучшения характеристик детектора, а эпитаксиальный характер плёнок улучшает сегнетоэлектрические характеристики F_v и F_d. Интегрирование с кремнием включает буферный слой стабилизированного иттрием оксида циркония (YSZ), что даёт детектор гетероструктурного типа с высокой детектирующей способностью ~5·10⁸ cmHz^1/2/W в диапазоне длин волн 1-20 мм. Дополнительное повышение чувствительности получается путём создания микромостиков YBCO на YSZ/Si подложке. Воздушный зазор в микромостиковой структуре эффективно уменьшает термическую массу PZT детектора и приводит к трёхкратному увеличению фотоотклика при частоте модуляции в диапазоне 20-50 Гц.

Рисунок 1. Схема пироэлектрического детектора

Список литературы:

1. F.Jin, G.W.Auner R.Naik, N.W.Schubring, J.V.Mantese, A.B.Catalan, A.L.Micheli. Giant effective pyroelectric coefficients from graded ferroelectric devices. Appl.Phys.Lett. 73, 2838 (1998).
2. E.Wienner-Avenear. Artificially engineered pyroelectric S_r1-_xBa_xTiO₃ superstructure film. Appl.Phys.Lett. 65, 1784 (1994).
3. Yung-Kuan Tseng, Kuo-Shung Liu, Jian-Der Jiang I-Nan Lin. Pyroelectric properties of (P_b1-xLa_x)TiO₃ thin films deposited using SrRuO₃ as a buffer layer. Appl.Phys.Lett. 72, 3285 (1998).