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1、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,‘·一’,陶瓷等器件的最佳性能已达‘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
2、件性能方面的研究工作最近并无很大进展中等水平的吕抽一一互··一‘,器件和陶瓷器件,、、、、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
3、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·,’。·场·一‘,,性能提高普遍达到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
4、一或热释电材料和器件发展近况年月兀丁一。尸,达一。尸一工一尸。⋯⋯刀尸,。,。。,,。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一一尸。。十⋯“旦些一卫一兰几“￡。、尸,。一当一时尸就是自发极化强度尸由热释电系数定义二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
5、材料也较大可以得到下列实验上的近似公式一,。一一,二侧而侧了,,,“〕。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,,一,,时并不随之增大这是因为非常规铁电体并不遵顺居里外斯定律这样在一定温度范,。‘,一一围内可望得到较大的值已报道的非常规铁电体有铂酸
6、试二钙铅丙一一。,酸盐以及铁碘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,,。比值,二级效应热释电系数一般都较小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。二,肠朗乙卜,户护《。,。。。二肠。“￡。。鑫二。。,圣。。,聋至。。。,。圣至互。。,,一一,,。。。式
7、中是方向余弦最佳切割角二其中〔,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究工作有待深入,、、比热以现在还没有系统地从晶体基本结构出发来计算晶体的热释电系数介电常数,,及这些参数的温度关系的理论分析
8、工作所以不可能从晶体结构来预示哪种材料可能在提。高探测器性能方面有所突破二、推广应用中对探测器可靠性的要求,日本每年对热,据报道释电红外探测器的需要量为万只其中约万只要从国外进,。。口说明推广应用有很好的前景国内推广应用热释电红外探测器的工作还处于初创阶段、,,,随着企业厂长经理负责制的推行居民生活的改善个人财产增加防火防盗用传感器必。,,将得到广泛应用在推广应用中器件和整机的可靠性和稳定性是至关重要的否则会出现。停滞不前的局面下面以红外入侵报警器为例〔
