[發明專利]一種用于BST熱釋電紅外探測器的介電擊穿調控方法

無效

• 申請號: 201310009459.3
• 申請日: 2013-01-11
• 公開（公告）號: CN103076098A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 王曉川;張欣翼;許麗娜
• 申請（專利權）人: 四川匯源科技發展股份有限公司
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 張楊

技術領域

本發明屬于電子元器件技術領域，特別涉及一種用于BST熱釋電紅外探測器的介電擊穿調控方法。

背景技術

鈦酸鍶鋇((Ba,Sr)TiO₃，簡稱BST)熱釋電薄膜是鐵電材料中的一種，具有獨特的光學和電學特性，如壓電效應、熱釋電效應，光電效應，非線性光學效應以及鐵電性，在微電子學、集成光學和光電子學等高技術領域中具有廣泛的應用前景。BST熱釋電薄膜因其具有優異的電、光等特性，已被應用于非制冷紅外探測器件中。BST熱釋電薄膜工作在直流偏置電場下，不可避免的要產生漏電流，它是BST熱釋電紅外探測器的主要噪聲之一，尤其是BST熱釋電薄膜的漏電流隨加偏置電壓時間的增加而增加的介電擊穿(Time?Dependent?Dielectric?Breakdown，簡稱TDDB)現象，會嚴重影響探測器的可靠性。

TDDB現象如圖1所示，隨著對BST熱釋電薄膜加偏置電壓時間的增加，漏電流有不同的變化規律。在圖中有兩個漏電流的突變點，分別記為t₀和t₁。在t₀之前，漏電流隨時間的增加而減小，在t₀時達到最小值；然后，漏電流隨時間的增加而增大，到t₁時漏電流突然急劇增加。在t₀附近，通過其他手段，可以使BST熱釋電薄膜的漏電流可以恢復到初始狀態。在t₁之前，BST薄膜仍然有介電、熱釋電性能；t₁之后，BST熱釋電薄膜無介電、熱釋電性能，即BST熱釋電薄膜被擊穿了。其中，t₀和t₁之間的狀態稱為軟擊穿，t₁之后的狀態稱為硬擊穿。

對于BST熱釋電薄膜的熱釋電紅外探測器而言，漏電流是探測器最主要的噪聲之一。BST熱釋電薄膜漏電流增大，探測器噪聲就會增大，器件性能就會降低，故應該絕對避免漏電流增大的情況出現，否則探測器的可靠性就會受到影響。因此，根據BST熱釋電薄膜軟擊穿、硬擊穿的機理，找到一種行之有效的調控方法，意義十分重大。

發明內容

本發明的發明目的在于：提供一種能夠使BST熱釋電薄膜的漏電流保持在恒定狀態，避免TDDB發生的，用于BST熱釋電紅外探測器的介電擊穿調控方法。

本發明包括下述步驟：

在BST熱釋電薄膜的頂端設置有上電極，作為所述探測器的公共電極和紅外吸收層；

在BST熱釋電薄膜的低端設置有兩個輸入電極，作為所述探測器的襯底；

將一個輸入電極接地，并對另一個輸入電極施加方波偏壓。

進一步的，所述方波偏壓為對稱方波偏壓；

進一步的，所述對稱方波偏壓的幅值為±0.5~20V，周期為10~1000s，占空比為30~80％。

由于采用了上述技術方案，本發明的有益效果是：

（1）兩個輸入電極在BST熱釋電薄膜的最下端，作為BST熱釋電薄膜生長的襯底，與原來采用的襯底電極結構相同，不會改變底電極的制備工藝，不會改變BST熱釋電薄膜的制備工藝。兩個輸入電極（兩部分下電極）的制備工藝相同，在其上生長的BST熱釋電薄膜的工藝相同，本發明兩部分的下電極/BST界面狀態相同，正、負偏壓下兩部分的下電極/BST漏電流大小和TDDB特性相同。

（2）本發明中，由上電極和兩個輸入電極構成本發明的雙電容結構，上電極在薄膜的最上端，充當公共電極和紅外吸收層，不會降低對紅外信號的吸收，可以保證與單電容相同的紅外吸收性能。將輸入電極兩端的偏置電壓增加1倍，就可以保持BST熱釋電薄膜上所加偏置電場不變，熱釋電性能不變。

（3）雙電容法簡單易行，不改動器件結構、加工工藝和BST熱釋電紅外探測器的處理電路。加在輸入電極上的動態偏置電壓通過外部電路的調整就可以實現，無需對電路作大幅調整。

附圖說明

本發明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：

圖1為BST熱釋電薄膜漏電流隨時間的變化曲線；

圖2為本發明的BST熱釋電薄膜雙電容結構示意圖；

圖3為實施例1中所加的動態偏置電壓圖；

圖4為實施例1中動態偏置電壓下雙電容BST薄膜空間電荷變化示意圖：

其中，圖4-a為0~100s的電荷變化示意圖；

圖4-b為100~200s的電荷變化示意圖；

圖4-c為200~300s的電荷變化示意圖；