太赫兹频段六氮五铌微纳测辐射热计

作     者：翟世民 

作者单位：南京大学 

学位级别：硕士

导师姓名：贾小氢

授予年度：2019年

学科分类：0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：太赫兹检测器 Nb5N6薄膜 磁控溅射 测辐射热计 纳米尺寸 

摘      要：太赫兹(terahertz,THz)技术在信息科学、生物学、医学、天文学、环境科学等领域都体现出重要的应用价值。常温大规模的阵列检测器是THz技术中的关键技术和发展趋势。大规模阵列器件由于器件尺寸变大,对大尺寸内薄膜的性能和均匀性都有更高的要求。另外阵列探测器与读出电路一般通过倒桩焊进行互联,这可能降低器件与太赫兹信号的耦合,从而降低阵列器件的灵敏度。本文研究制备了大面积高性能六氮五铌(Nb5N6)薄膜和具备纳米尺寸的Nb5N6微纳测辐射热计(nanobolometer)。通过减小器件尺寸,来获取更高的灵敏度,为提高阵列器件灵敏度提供了一种可行方案。在前期工作的基础上,通过调控磁控溅射仪的溅射气压、气体配比、射频源功率、靶材尺寸和距离等参数,优化薄膜的质量和均匀性。并利用X射线衍射、俄歇电子能谱、透射电子显微镜、原子力显微镜等手段对薄膜的元素含量、厚度、表面粗糙度等进行了全方位特性分析。优化微加工工艺条件,并利用电子束曝光替代紫外光刻,制备出具有纳米尺寸微桥的Nb5N6 nanobolometer。最后还表征不同尺寸器件的直流电压响应率、光学电压响应率、等效噪声功率(NEP)和响应时间等,探究了微桥的尺寸对器件性能的影响。取得了以下成果:1.通过优化条件,利用四英寸铌靶制备了高质量的Nb5N6薄膜(TCR0.7%/K),同时利用六英寸铌靶实现了大面积均匀性良好的薄膜。2.探索并成功应用电子束曝光工艺制备出亚微米尺寸的器件,并优化了器件尺寸。在器件的微桥尺寸为0.8 μm×0.4μm时,器件NEP达到20 pW/Hz1/2,优于常规尺寸器件,响应速度也大大提升,有利于后一步阵列器件的优化。