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基于BST薄膜的非制冷红外单元探测器研究

基于BST薄膜的非制冷红外单元探测器研究

作者：帅垚电子科技大学

学位级别：硕士

非制冷红外探测器在最近二十年中被进行了广泛的研究。目前,随着热敏感薄膜材料制备技术以及微加工技术的进步,非制冷红外探测器的性能不断提高,在民用和军用市场都具有良好的应用前景,在国内外均是研究热点之一。影响非制冷红外探测器... 详细信息

非制冷红外探测器在最近二十年中被进行了广泛的研究。目前,随着热敏感薄膜材料制备技术以及微加工技术的进步,非制冷红外探测器的性能不断提高,在民用和军用市场都具有良好的应用前景,在国内外均是研究热点之一。影响非制冷红外探测器件性能的因素除了热敏感材料的性能外,还包括器件结构的设计。良好的探测器结构可以减少敏感元与周围环境的热交换作用,有效提高探测器的探测率与灵敏度,获得优良的器件性能。本论文围绕BST热释电薄膜非制冷红外探测器展开了研究。为了利用各向异性湿法腐蚀技术得到红外单元探测器中关键的微桥绝热结构,我们首先研究了四甲基氢氧化胺(TMAH)溶液对(100)晶面Si基片的各向异性腐蚀特性。通过实验得到了溶液温度、溶液浓度以及添加剂的量这三个条件对腐蚀结果的影响,获得了在不同条件下溶液对硅基片的腐蚀速率和腐蚀表面的粗糙度。进行了红外单元探测器的制作,包括敏感单元薄膜的沉积、图形化电极的制作和硅微桥的加工。采用射频溅射制备了具有自缓冲层的Ba0.65Sr0.35TiO3热释电薄膜,用剥离法制作了上电极图形并低温直流溅射沉积NiCr薄膜作为上电极材料,采用动态法热释电系数测试系统得到的BST薄膜的热释电系数可以达到1.2×10-6Ccm-2K-1。在制作硅微桥时,为了实现微桥厚度的控制,论文中设计了双面光刻制作腐蚀图形,并按一定顺序对基片正、反两面进行腐蚀的方法,在腐蚀过程中利用自行设计的夹具,配合保护胶对基片正面进行密封,以避免腐蚀溶液对单元的破坏。通过实验确定了硅微桥制作的最佳腐蚀条件为:温度80℃、质量百分比25wt.%的TMAH溶液、添加剂过硫酸铵的量3g/100ml。利用该优化的湿法腐蚀条件得到了结构完整,且厚度小于10μm的硅微桥。最终得到的具有完整微桥结构的红外探测器单元通过了红外响应测试系统的测试。在室温302K,黑体温度500K,测试偏压3V,调制频率21Hz的条件下,测得有效面积为0.005cm2探测单元探测率达到9.4×107cmHz1/2W-1。

关键词：非制冷红外探测器各向异性腐蚀绝热结构热释电系数探测率

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基于晶圆减薄工艺的LT减薄片制备

压电与声光 2023年第4期45卷 570-573,578页

作者：刘贻兵钱一聪帅垚吴传贵罗文博张万里重庆邮电大学光电工程学院重庆400065 电子科技大学重庆微电子产业技术研究院重庆401332 电子科技大学电子科学与工程学院四川成都611731

声表面波(SAW)滤波器因其小型化、低插损及高品质因数(Q)值等性能,已广泛应用于移动通信系统中。钽酸锂(LT)/SiO2/Si结构克服了传统温度补偿型声表面波(TC-SAW)器件制备工艺难的问题,但需减薄该结构上的LT厚度,而减薄过程会导致晶圆表... 详细信息

声表面波(SAW)滤波器因其小型化、低插损及高品质因数(Q)值等性能,已广泛应用于移动通信系统中。钽酸锂(LT)/SiO2/Si结构克服了传统温度补偿型声表面波(TC-SAW)器件制备工艺难的问题,但需减薄该结构上的LT厚度,而减薄过程会导致晶圆表面有损伤残留,影响器件性能。针对这个问题,该文开展了基于减薄与抛光制备LT减薄片的工艺研究,分析了砂轮目数、砂轮与工作台转速、砂轮进给率等减薄参数对LT晶圆表面损伤的影响,以及抛光压力对损伤的去除效果。研究结果表明,在优化的工艺参数下,减薄抛光后晶圆表面粗糙度为0.187 nm,损伤深度小于1 nm,减薄片制备的TC-SAW谐振器的阻抗图和Smith圆图表明晶圆性能和一致性良好。

关键词：减薄抛光钽酸锂表面粗糙度温度补偿型声表面波(TC-SAW)

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单端口声表面波谐振器在片去嵌方法分析

压电与声光 2023年第3期45卷 342-345页

作者：韩晓宇帅垚吴传贵罗文博潘忻强张万里电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室四川成都611731

为了准确地设计声表滤波器,需要从参考声表面波(SAW)谐振器的测量值中提取精确的材料参数。测量SAW谐振器时,单个谐振器无法直接进行测试,需要引出传输线并使用GSG或GS探针进行测量,消除传输线影响的去嵌入过程对于SAW谐振器材料参数的... 详细信息

为了准确地设计声表滤波器,需要从参考声表面波(SAW)谐振器的测量值中提取精确的材料参数。测量SAW谐振器时,单个谐振器无法直接进行测试,需要引出传输线并使用GSG或GS探针进行测量,消除传输线影响的去嵌入过程对于SAW谐振器材料参数的准确提取非常重要。该文介绍了几种声表面波谐振器的去嵌入技术,包括Open-Short算法、电磁仿真方法、分段等效电路模型方法、集总参数等效电路法。通过实例验证了几种常用的去嵌方法并对其进行了分析。

关键词：去嵌入 SAW谐振器机电耦合系数等效电路集总参数法

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I.H.P.SAW谐振器孔径对性能的影响

压电与声光 2023年第3期45卷 350-354页

作者：钱一聪帅垚吴传贵罗文博潘忻强张万里重庆邮电大学光电工程学院重庆400065 电子科技大学重庆微电子产业技术研究院重庆401332 电子科技大学电子科学与工程学院四川成都611731

该文研究了在超高性能声表面波(I.H.P.SAW)衬底上,孔径总长对叉指末端具有能够抑制横向模态的小锤结构的谐振器性能。在衬底结构为Y 42°-钽酸锂(Y42°-LT)/SiO_(2)/多晶硅(Poly-Si)/Si上,通过建立对应的有限元三维仿真模型,初步得出在... 详细信息

该文研究了在超高性能声表面波(I.H.P.SAW)衬底上,孔径总长对叉指末端具有能够抑制横向模态的小锤结构的谐振器性能。在衬底结构为Y 42°-钽酸锂(Y42°-LT)/SiO_(2)/多晶硅(Poly-Si)/Si上,通过建立对应的有限元三维仿真模型,初步得出在小锤结构下孔径总长的增大能够抑制横向模态杂散的结论。绘制了周期T为1.44μm、2μm、2.56μm下,孔径总长为7.5T、10T、15T、20T、25T、32.5T、40T的单端口谐振器版图并进行流片。通过实测结果表明,在不同周期下,随着孔径总长的不断增加,对谐振器横向模态的抑制会不断增强,机电耦合系数也不断增加,在孔径总长约为20T时阻抗比最高。仿真和实测结果体现了孔径总长对I.H.P.SAW谐振器的性能影响较大,为应用于I.H.P.SAW滤波器中的高性能谐振器提供了设计指导。

关键词： I.H.P.SAW 谐振器孔径长度机电耦合系数阻抗比

低能Ar+刻蚀时间对抛光单晶LiNbO3薄膜忆阻器的影响

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电子元件与材料 2020年第5期39卷 60-66页

作者：梁翔帅垚潘忻强乔石珺吴传贵电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室四川成都610054

调节低能Ar+刻蚀对单晶LiNbO3(LN)的刻蚀时间,制备了不同LN厚度的单晶薄膜忆阻器。利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和电子顺磁共振(EPR)对器件的微观形貌与表面氧空位进行了表征。通过电流-电压曲线(IV曲线)、数据保持特性(... 详细信息

调节低能Ar+刻蚀对单晶LiNbO3(LN)的刻蚀时间,制备了不同LN厚度的单晶薄膜忆阻器。利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和电子顺磁共振(EPR)对器件的微观形貌与表面氧空位进行了表征。通过电流-电压曲线(IV曲线)、数据保持特性(Retention)和抗疲劳特性(Endurance)的测试,探究了刻蚀时长对器件电学行为的影响。结果表明,随刻蚀时间增加,器件表面光滑均匀,氧空位浓度增加,电形成电压显著降低。同时,尽管LN薄膜厚度减小后,器件的开关比(On/Off)略有降低,但其具有更好的数据保持特性。该方法适用于对由离子注入剥离法制备的单晶薄膜进行改性,以调控其阻变特性,使之可在高密度存储、神经形态计算等领域得到应用。

关键词：忆阻器 LiNbO3薄膜阻变低能离子辐照

PMN-PT/P(VDF-TrFE)复合材料的制备与电性能研究

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功能材料 2015年第7期46卷 7048-7051页

作者：孟佳罗文博吴传贵孙翔宇张平俞玉澄帅垚电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室成都610054

以铌铁矿预产物法合成的铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)陶瓷粉体和聚二氟乙烯-三氟乙烯共聚物P(VDF-TrFE)为原料,采用流延法在ITO衬底上制备了不同质量配比的PMN-PT/P(VDF-TrFE)复合厚膜。采用XRD及SEM分别分析了PMN-PT粉体的物相结构和复合... 详细信息

以铌铁矿预产物法合成的铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)陶瓷粉体和聚二氟乙烯-三氟乙烯共聚物P(VDF-TrFE)为原料,采用流延法在ITO衬底上制备了不同质量配比的PMN-PT/P(VDF-TrFE)复合厚膜。采用XRD及SEM分别分析了PMN-PT粉体的物相结构和复合材料的界面特征。通过测试复合材料的介电-温度曲线,计算出加载在陶瓷相上的极化分压与温度的关系,得到优化的极化温度。与常规的分步极化相比,探讨了在优化极化条件下陶瓷相含量对复合材料热释电性能的影响,结果表明在极化温度为110℃,PMN-PT质量分数为55%时,得到了热释电系数为58.6μC/(m2·K)的热释电复合厚膜材料。

关键词： PMN-PT/P(VDF-TrFE) 0-3 型复合材料极化温度热释电性

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单晶铌酸锂薄膜的转移制备技术研究

电子元件与材料 2019年第7期38卷 7-12页

作者：帅垚李宏亮吴传贵王韬张万里电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室

以苯并环丁烯(Benzocyclobutene,BCB)作为键合层,采用离子注入剥离技术制备了Y36切型的单晶铌酸锂薄膜材料。经过对BCB键合层的前烘时间和退火曲线进行系统的研究,克服了由于铌酸锂和BCB之间热膨胀系数不匹配所导致的铌酸锂薄膜开裂问题... 详细信息

以苯并环丁烯(Benzocyclobutene,BCB)作为键合层,采用离子注入剥离技术制备了Y36切型的单晶铌酸锂薄膜材料。经过对BCB键合层的前烘时间和退火曲线进行系统的研究,克服了由于铌酸锂和BCB之间热膨胀系数不匹配所导致的铌酸锂薄膜开裂问题,获得了高质量的Y36切型单晶铌酸锂薄膜材料。此外,通过在晶圆键合之前预先制备图形化的金属层,获得了带有下电极功能层的单晶铌酸锂薄膜,可应用于薄膜体声波谐振器等具有金属-绝缘层-金属结构的器件。

关键词：铌酸锂薄膜晶圆键合离子注入剥离技术 BCB

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单晶铌酸锂薄膜光波导的制备研究

真空科学与技术学报 2021年第1期41卷 44-49页

作者：高琴乔石珺帅垚杨小妮罗文博吴传贵张万里电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室成都610054

为了优化单晶铌酸锂薄膜光波导的性能,研究了基于单晶铌酸锂薄膜材料的光波导刻蚀工艺。虽然Ar^(+)物理刻蚀能够达到最高95 nm/min的刻蚀速率,但难以获得光滑的波导侧壁,且以Cr作为掩膜的刻蚀选择比为1∶1,这意味着较差的选择性使其难... 详细信息

为了优化单晶铌酸锂薄膜光波导的性能,研究了基于单晶铌酸锂薄膜材料的光波导刻蚀工艺。虽然Ar^(+)物理刻蚀能够达到最高95 nm/min的刻蚀速率,但难以获得光滑的波导侧壁,且以Cr作为掩膜的刻蚀选择比为1∶1,这意味着较差的选择性使其难以实现铌酸锂的深刻蚀。而采用反应离子刻蚀(RIE)得到的刻蚀速率较低,但是以Cr作为掩膜的刻蚀选择比能够达到6∶1以上,同时能够获得光滑、陡直的侧壁形貌。最终在450 nm厚度的单晶铌酸锂薄膜上,采用RIE制备了宽度为4μm、高度为370 nm的脊型光波导,并以端面耦合的方法进行测试,得到该波导的传输损耗约为5.2 dB/cm。

关键词：铌酸锂氩离子刻蚀反应离子刻蚀光波导

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单晶薄膜体声波谐振器频率温度特性研究

压电与声光 2020年第4期42卷 448-452页

作者：简珂帅垚田本朗白晓园罗文博吴传贵张万里电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室四川成都610054

采用离子注入剥离法转移制备了43°Y-切铌酸锂(LiNbO3,LN)单晶压电薄膜材料,以SiO2/Mo作为声反射结构制备了固态声反射型薄膜体声波器件。谐振器工作频率约为3 GHz,LN薄膜等效机电耦合系数达到14.15%。对谐振器的频率温度特性进行了表征... 详细信息

采用离子注入剥离法转移制备了43°Y-切铌酸锂(LiNbO3,LN)单晶压电薄膜材料,以SiO2/Mo作为声反射结构制备了固态声反射型薄膜体声波器件。谐振器工作频率约为3 GHz,LN薄膜等效机电耦合系数达到14.15%。对谐振器的频率温度特性进行了表征,结果表明,尽管LN单晶的频率温度系数为(-70^-90)×10^-6/℃,但由于声反射结构中包含有正温度系数的SiO2层,谐振器的频率温度系数降至-18×10^-6/℃,这表明固态声反射结构能够有效抑制单晶LN薄膜的温漂,获得低频率温度系数的谐振器器件。

关键词：体声波谐振器离子注入剥离法铌酸锂单晶薄膜固态声反射结构机电耦合系数频率温度系数