ШУМОВЫЕ СВОЙСТВА МИКРОБОЛОМЕТРОВ

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.

В работе [1] сравниваются механизмы детектирования в микрополосковых дипольных антенно-связанных инфракрасных детекторах. Электрические токи, индуцированные в плечах антенны, детектируются прямоугольным ниобиевым микросенсором, помещённым в центр антенны. Омический характер контакта Au-Nb определяет механизм детектирования. Приборы с линейными контактами между Au антенной и Nb микросенсором проявляют болометрический отклик. Нелинейный переход Au-изолятор-Nb выпрямляет токи, индуцируемые в антенне. Приборы с нелинейными контактами также демонстрируют болометрический отклик. Приборы с нелинейными контактами ограничены 1/f шумом, тогда как приборы с линейными контактами ограничены джозефсоновским шумом. Механизм выпрямления в 5,3 раза быстрее по сравнению с термическим детектированием. Вольтамперные характеристики (ВАХ) приборов, демонстрирующих болометрический отклик, являются линейными, тогда как для выпрямляющих приборов – кубическими. Для приборов с нелинейными контактами получено превосходное согласие между измеренным откликом детектора и отношением между второй и третьей производными ВАХ.

Для изучения природы дефектов флуктуаторов - источников низкочастотного фликкер-шума в работе [2] проведены структурные и электрофизические исследования пленок VO₂ на SiO₂/Si подложках (рисунок 1).

Рисунок.1. Картина рентгеновской дифракции для подложки с подслоем и двух образцов

Установлено, что интенсивность шума определяется величиной флуктуаций микронапряжений в блоках, из которых состоит плёнка. Предполагается наличие двух типов дефектов флуктуаторов (рисунок 2).

Рисунок 2. Модель спектра двух типов флуктуаторов; показаны экспериментальные точки

Дефектами флуктуаторов типа I являются атомы ванадия, совершающие прыжки между двумя соседними междоузлиями, а роль примесей замещения могут играть неконтролируемые примеси или другие валентные состояния атомов V. Флуктуаторы типа II соответствуют прыжкам атомов V по междоузлиям, расположенным вблизи дефектов решётки, или атомов V другой валентности.

Таким образом, проведенный анализ литературы позволяет определить следующие основные направления современных разработок неохлаждаемых микроболометрических датчиков ИК-излучения:

- микромостиковые структуры,

- интегрированные с планарной антенной активные элементы,

- оксид ванадия в качестве материала активного элемента,

- сложные оксиды (BST и др.) в качестве материала активного элемента.

  Вместе с тем, необходимо решить вопросы повышения чувствительности и быстродействия, снижения шумов, разработки процесса изготовления микроболометров и их матриц, совместимого со стандартной технологией интегральных микросхем. Для этого требуется разработать и усовершенствовать процессы осаждения активных слоёв (BST, VO_x), изготовления мостиковых структур или их аналогов, оптимизации электрических контактов к активному слою.

Список литературы:

1. Iulian Codreanu, Francisco J. Gonzalez and Glenn D. Boreman. Detection mechanisms in microstrip dipole antenna-coupled infrared detectors. Infrared Physics & Technology , vol. 32, 2003, p.14-18.
2. М.В.Байдакова, А.В.Бобыль, В.Г.Маляров, В.В.Третьяков, И.А.Хребтов, И.И.Шаганов. Структурная и шумовая характеризация пленок VO2 на SiO2/Si подложках. ПЖТФ, 1997, том 23, вып. 13, С. 43-47.