第卷第期红外数术总一热释电材料和器件发展近况邵式平昆明物理研究所提要本文介绍了国内外在进一步提高热释电红外探测器方面的研究工作,其中包括非常规铁电材料和最佳晶体切制方向。磁控溅射方法生长的薄膜,热释电优质因子比陶瓷材料好,有发展前途。用热释电材料和硅集成的全固体热象传感器将是进一步研究的方向。针对国内应用情况,着重介绍了应用对器件稳定性和可靠性的要求。热释电红外探测器已经用在很多领域。常用的热释电材料有,,和陶瓷等,器件的最佳性能已达‘·‘一’,比热探测器的理论极限还差一个数量级,而在进一步提高器件性能方面的研究工作,最近并无很大进展。中等水平的器件吕抽一一互和陶瓷器件··一‘,它们的制作工艺已比较成熟,广泛用于自动门、入侵报警、火焰探测、火车热轴检测、气体分析以及微波灶自动控温等仪器中。就国内情况而言,要在这些应用中有明显的突破,当前至关重要的问题是提高稳定性和可靠性。不但要制作高度可靠的、可互换的器件,而且要生产高度可靠的整机。磁控射频溅射方法生长的薄膜,热释电和介电性能比心陶瓷材料更好,其原因是现在能制得的溅射薄膜的晶粒取向率很高,更适合于制作大面积均匀器件。室温工作的热释电材料与硅或硅多路传输电路直接藕合的混合型热象传感器,在实验室已得到清晰的热图象,研究工作正在深入。下面分别介绍这几方面的进展近况。一、提高热释电红外探测器性能热释电红外探测器的特点是,室温工作,响应光谱宽,价格较低,与其他类型的热探测器相比有较快的响应速率。它的不足之处在于性能比光子探测器低。如果能将热释电探测器性能提高,普遍达到’。·场·一‘·的水平,必将有利于进一步扩展应用范围,遗憾的是迄今为止并没有找到比类晶体更好的材料。根据二的铁电晶体唯象理论,不加外电场,无应力的单畴铁电晶体的自由能为本文于年月日收到。总勺一或热释电材料和器件发展近况年月刀尸兀丁一。尸,达一。尸一工一尸。⋯⋯式中,。是居里温度,是居里常数。。是真空极化率,和而是常数,是极化强度。由热力学公式可得一旦些一卫一兰一几尸。。十⋯“尸“￡。、当一时,尸就是自发极化强度尸。由热释电系数定义二一刁尸日以及介电常数公式。。一日月日尸,可得。尸。。就铁电晶体而言,从室温到。范围内,、￡和尸随温度有很大改变,而体积比热基本上与温度无关,所以。可以作为评价材料热释电性能的优值因子。从已经知道的铁电材料的实验数据来看,不能期望有很大的改进。户较大的材料￡也较大,可以得到下列实验上的近似公式〔‘〕二侧而一,侧了。一一,对于同一种铁电材料,如掺锢的侥酸银钡,改变钢的掺杂量,其实验结果如表所列〔“〕。由表中数据可知侧基本不变。综合上述,说明常规铁电体的户与的比值不可能有很大的改善。由此可见,要进一步提高热释电红外探侧器性能,从材料方面来考虑,现在已提出两种可能途径。一是利用非常规铁电晶体,这类材料的热释电系数随温度提高而增大时,并不随之增大,这是因为非常规铁电体并不遵顺居里一外斯定律,这样,在一定温度范围内,可望得到较大的值。已报道的非常规铁电体有铂酸试‘,二钙一铅一丙酸盐以及铁一碘一翻酸盐。材料性能已有实验数据,但没有见到用非常规铁电材料制成探侧器及其性能的报道,可能的原因是非常规铁电体的极化是二级效应,热释电系数一般都较小,。比值虽比常规铁电体大,但制作高性能器件仍是有待解决的问题。另一种途径是利用铁电晶体的和的晶向依赖性,可以找到最佳的晶体切割方向使。达到最佳值。以晶体为例,轴为极化轴,而且。。,由下述推导可求得最佳切割方向。衰推的热释电性能橄肠朗乙卜,户护《。二,。,。。。二肠。“￡。鑫。二。。,圣。至。,聋。。。,圣至。互式中是方向余弦。最佳切割角。,二,一一,其中,。。。山东大学晶体研究所生长的掺丙氨酸和醉酸的晶体〔〕,利用最佳切割方法可使热释电优值因子有明显改善,而且双掺杂晶体不象纯晶体那样容易解理,所以工艺上容第卷第期红外技术总一易做到斜切。陈至立,姚熹等曾在实验中发现,妇陶瓷在直流偏置下有可逆热释电效应〔〕,可以使热释电性能有很大改善。初步实验结果表明,热释电系数可提高一个数量级,适用于发展新型热释电探测器,研...
