1、紅外成像系統(tǒng)最終要實現(xiàn)小型化、低成本、高性能和高可靠性的全被動式工作。光量子探測器有很高的紅外響應(yīng)特性和靈敏度，但致冷要求及昂貴的系統(tǒng)成本一直阻礙其大范圍應(yīng)用。90年代后，特別是近幾年熱型非致冷紅外探測器研究取得了重大突破，成為當(dāng)今紅外成像研究的熱點。在多種非致冷探測模式中，以鐵電薄膜為焦平面的探測器以其優(yōu)良的性能而倍受人們關(guān)注。它有兩種探測模式。介溫敏感模式由于擺脫了機械調(diào)制盤對性能的嚴重束縛，其性能較熱釋電模式更加優(yōu)良。其技術(shù)難點是

2、：鐵電薄膜的介溫敏感性及品質(zhì)因數(shù)遠達不到相應(yīng)體材料的水平；獲得大面積性能優(yōu)良的氧化物薄膜還有一些困難；對于單片式焦平面集成工藝，薄膜低溫成相較難。 鈦酸鍶鋇是典型的鐵電-介電非含鉛材料。本論文研究目的即在Pt/Ti/SiO2/Si基體上采用射頻磁控濺射法制備該鐵電薄膜，使薄膜介電性能達到使用要求，并提出可行的、適用于單片式焦平面集成結(jié)構(gòu)、同半導(dǎo)體工藝兼容的薄膜制備工藝路線。 我們首先對原始基片退火工藝進行了研究，得到了結(jié)

3、晶充分、起伏小、無應(yīng)力的底電極。而后在其上制備了BST薄膜。利用掃描電鏡、X射線衍射、原子力顯微鏡等測試手段，對薄膜的成分、結(jié)構(gòu)、表面形貌進行了研究。在BST薄膜上制備了Au電極。研究了較低沉積溫度濺射制備薄膜后，薄膜的退火溫度及電極退火工藝對介電性能的影響。此外，嘗試了sol-gel法制備BST薄膜，并進行摻雜改性研究。在YBCO/LAO基底上射頻磁控濺射法制備了BST薄膜，對薄膜結(jié)構(gòu)、表面形貌及介電性能進行了初步探討。 研究

4、發(fā)現(xiàn)，在未經(jīng)熱處理的Pt電極上制備的BST薄膜容易龜裂或產(chǎn)生顯微裂紋，我們認為這是由于原始基片中的Pt及Ti層是室溫濺射制備的，結(jié)晶不好，結(jié)構(gòu)應(yīng)力較大引起。雖然經(jīng)過常規(guī)熱處理后結(jié)晶性顯著改善，但長時間高溫處理會產(chǎn)生幾百納米的瘤狀突起。為此，我們提出采用快速熱處理制度來解決這一問題。經(jīng)過750℃、3min快速熱處理，基片表面起伏保持在30nm左右，顆粒大小均一，無熱處理缺陷。結(jié)晶性顯著改善，應(yīng)力得到釋放。制備薄膜后，薄膜的龜裂及微裂紋現(xiàn)象

5、消失。 濺射時由于濺射產(chǎn)額、濺射原子角度分布、靶材與基片的相對位置等因素，導(dǎo)致薄膜成分同靶材有一定偏離。在固定的濺射條件下，我們引入了濺射因子來調(diào)整靶材成分，增加了Ba及Sr的原子百分比，制備出了在誤差范圍內(nèi)滿足化學(xué)計量比的薄膜。偏離化學(xué)計量比的薄膜，其(110)方向衍射峰最強。調(diào)整靶材成分使薄膜成分滿足化學(xué)計量比后，薄膜具有{100}擇優(yōu)取向，同sol-gel制備的薄膜及體材料有顯著不同。 較高沉積溫度(600℃)濺射

6、制備的薄膜，結(jié)晶良好，擇優(yōu)取向明顯。但長時間高溫濺射使薄膜表面產(chǎn)生瘤狀突起，不適于單片式焦平面集成工藝。 降低沉積溫度(至400℃)后，高功率(150W)濺射自偏壓積累較高，Ar離子能量大，會轟擊下一些原子團簇或小顆粒。薄膜表面呈蜂窩狀，起伏30nm左右。降低濺射功率(75W)后，原子團簇或小顆粒濺射現(xiàn)象消失，蜂窩起伏明顯減小減緩，在12nm左右，更有利于器件刻蝕。{100}方向仍然是最強峰，但相對600℃濺射的薄膜，結(jié)晶性差，

7、晶粒細小。分析認為，即使基體溫度較低，在晶化充分的Pt電極上也易于{100}擇優(yōu)取向的生長。由于基片溫度低，新晶核雖然是{100}方向擇優(yōu)生長，但是濺射原子遷移困難，晶粒不易長大。我們采用常規(guī)退火工藝對薄膜進行處理，發(fā)現(xiàn)表面形貌被嚴重破壞。通過大量實驗，我們發(fā)現(xiàn)在700℃、3min快速熱處理后，薄膜會充分晶化，晶粒尺寸增大，且表面形貌沒有退化。 室溫濺射薄膜由于Pt電極起伏不會在濺射時增加，表面起伏很小。但由于濺射時溫度太低，薄

8、膜即使經(jīng)過快速熱處理也無法成相。 不同退火溫度所得薄膜介電常數(shù)在室溫附近大的溫度范圍內(nèi)都呈線性增加。700℃快速熱處理后，介溫變化率最大，達到0.8％/K。分析認為鐵電臨界尺寸效應(yīng)是離位生長薄膜低介溫敏感性的主要原因，但已滿足介溫敏感探測模式對薄膜介溫敏感性的要求。電場作用下介溫敏感性下降，產(chǎn)生壓峰作用。升高退火溫度，介溫敏感下降。通過實驗發(fā)現(xiàn)，Ba及Sr的空位對薄膜損耗影響不大，主要影響介電常數(shù)色散的頻率展寬。薄膜與頂電極界面

9、處氧空位對薄膜損耗有顯著影響。在制備電極后連同薄膜一起在700℃下退火能顯著降低損耗至0.012。 sol-gel法制備的BST薄膜，發(fā)現(xiàn)Ni及Mn摻雜不利于薄膜成相。薄膜存在大量顯微裂紋，研究認為不適于制備大面積氧化物薄膜。在YBCO/LAO上制備的BST薄膜，呈明顯柱狀生長。XRD中只有{100}系衍射峰，說明薄膜為類外延生長。低溫介電測試結(jié)果表明，在低頻下具有優(yōu)良的場致介電性能。常溫介電測試顯示介電性能同電場方向有直接關(guān)系