專利名稱：一種用于bst熱釋電紅外探測器的介電擊穿調(diào)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子元器件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于BST熱釋電紅外探測器的介電擊穿調(diào)控方法。
背景技術(shù)：
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(dú)特的光學(xué)和電學(xué)特性，如壓電效應(yīng)、熱釋電效應(yīng)，光電效應(yīng)，非線性光學(xué)效應(yīng)以及鐵電性，在微電子學(xué)、集成光學(xué)和光電子學(xué)等高技術(shù)領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。BST熱釋電薄膜因其具有優(yōu)異的電、光等特性，已被應(yīng)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(chǎn)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 DependentDielectric Breakdown,簡稱TDDB)現(xiàn)象,會嚴(yán)重影響探測器的可靠性。TDDB現(xiàn)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(guī)律。在圖中有兩個漏電流的突變點(diǎn)，分別記為h和h。在h之前，漏電流隨時間的增加而減小，在h時達(dá)到最小值；然后,漏電流隨時間的增加而增大,到&時漏電流突然急劇增加。在h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(fù)到初始狀態(tài)。在h之前，BST薄 膜仍然有介電、熱釋電性能山之后，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，h和I1之間的狀態(tài)稱為軟擊穿，I1之后的狀態(tài)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(yīng)該絕對避免漏電流增大的情況出現(xiàn)，否則探測器的可靠性就會受到影響。因此，根據(jù)BST熱釋電薄膜軟擊穿、硬擊穿的機(jī)理，找到一種行之有效的調(diào)控方法，意義十分重大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)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(tài)，避免TDDB發(fā)生的，用于BST熱釋電紅外探測器的介電擊穿調(diào)控方法。本發(fā)明包括下述步驟:在BST熱釋電薄膜的頂端設(shè)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(shè)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(jìn)一步的，所述方波偏壓為對稱方波偏壓；進(jìn)一步的，所述對稱方波偏壓的幅值為±0.5 20V，周期為l(Tl000s，占空比為30^80% ο由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:
(I)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(jié)構(gòu)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(fā)明兩部分的下電極/BST界面狀態(tài)相同，正、負(fù)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(fā)明中，由上電極和兩個輸入電極構(gòu)成本發(fā)明的雙電容結(jié)構(gòu)，上電極在薄膜的最上端，充當(dāng)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I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(jié)構(gòu)、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(tài)偏置電壓通過外部電路的調(diào)整就可以實(shí)現(xiàn)，無需對電路作大幅調(diào)整。


本發(fā)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(fā)明的BST熱釋電薄膜雙電容結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為實(shí)施例1中所加的動態(tài)偏置電壓圖；圖4為實(shí)施例1中動態(tài)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(TlOOs的電荷變化示意圖；圖4-b為10(T200s的電荷變化示意圖；圖4-c為20(T300s的電荷變化示意圖；圖5為實(shí)施例1中的漏電流隨時間的變化曲線圖；圖中標(biāo)記，I一上電極，2—輸入電極,2-1輸入正電極,2-2輸入負(fù)電極,3BST熱釋電薄，3-1BST熱釋電薄與2-1對應(yīng)的區(qū)，3-2BST熱釋電薄與2_2對應(yīng)的區(qū)。
具體實(shí)施例方式本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。參見圖2，本發(fā)明的雙電容結(jié)構(gòu)包括上電極I，輸入電極2 (包括正電極2-1、負(fù)電極2-2)，位于上電極I和輸入電極2之間的BST熱釋電薄膜3，BST熱釋電薄膜3包括兩個區(qū)，用3-1、3-2表示。其中上電極I為NiCr電極，在BST熱釋電薄膜3的最上端，充當(dāng)公共電極和紅外吸收層；輸入電極2為Pt電極，在BST熱釋電薄膜3的最下端，作為BST熱釋電薄膜3生長的襯底。將帶有BST薄膜的本發(fā)明雙電容結(jié)構(gòu)的任一一個輸入電極接地；另一個輸入電極施加方波偏壓，即可使BST熱釋電薄膜的漏電流保持在恒定狀態(tài)，避免TDDB發(fā)生的。實(shí)施例1本發(fā)明中對雙電容BST熱釋電薄膜樣品所加的動態(tài)偏置電壓如圖3所示，其幅值為±6V，周期為200s，占空比為50%。將Pt電極2-1接輸入脈沖偏壓，Pt電極2_2接地，參見圖4。當(dāng)?shù)谝粋€IOOs加正6V偏壓時，電子從Pt電極2_2注入BST熱釋電薄膜3，在3_2區(qū)形成空間電荷區(qū)，如圖4-a所示；當(dāng)?shù)诙€IOOs加-6V偏壓時，電子從Pt電極2-1注入BST熱釋電薄膜3，在3_1區(qū)形成空間電荷區(qū)；同時，3-2區(qū)形成的空間電荷區(qū)在反向電場作用下，發(fā)生被俘電子的脫俘，這樣3-2區(qū)就恢復(fù)到初始狀態(tài)，如圖4-b所示；當(dāng)?shù)谌齻€IOOs加正6V偏壓時，電子從Pt電極2_2注入BST熱釋電薄膜3，在3_2區(qū)形成空間電荷區(qū)；同時，3-1區(qū)形成的空間電荷區(qū)在反向電場作用下，發(fā)生被俘電子的脫俘，這樣3-1區(qū)就恢復(fù)到初始狀態(tài)，如圖-C所示；如此往復(fù)，3-1、3_2兩區(qū)的BST熱釋電薄膜都能保持在初始狀態(tài)，漏電流就不會隨時間發(fā)生變化。圖5是在上述動態(tài)偏置電壓下，雙電容BST熱釋電薄膜的漏電流隨時間的變化曲線圖。測試的時間為100000s，在此范圍內(nèi)，BST熱釋電薄膜的漏電流波動不大，未發(fā)生軟擊穿和硬擊穿。說明采用BST熱釋電薄膜雙電容結(jié)構(gòu)及動態(tài)偏置電壓法可以保持BST熱釋電紅外探測器工作在較穩(wěn)定的漏電流狀態(tài)下，不會影響器件的可靠性。本發(fā)明并不局限于前述的具體實(shí)施方式
。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
權(quán)利要求
1.一種用于BST熱釋電紅外探測器的介電擊穿調(diào)控方法，其特征在于，包括下述步驟:在BST熱釋電薄膜的頂端設(shè)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(shè)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。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方波偏壓為對稱方波偏壓。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，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% ο
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述對稱方波偏壓的幅值為±6V，周期為200s,占空比為50%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于BST熱釋電紅外探測器的介電擊穿調(diào)控方法，屬于電子元器件技術(shù)領(lǐng)域。包括下述步驟在BST熱釋電薄膜的頂端設(shè)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(shè)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。本發(fā)明可以保持BST熱釋電紅外探測器工作在較穩(wěn)定的漏電流狀態(tài)下，不會影響器件的可靠性。
文檔編號G01J5/00GK103076098SQ201310009459
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者王曉川, 張欣翼, 許麗娜 申請人:四川匯源科技發(fā)展股份有限公司