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作者：邵秀梅中国科学院上海技术物理研究所

学位级别：博士

伴随着紫外探测技术的发展，一个十分关键的问题在于必须对紫外探测器进行精确的光学定标，对紫外辐射定标的精确水平也提出了越来越高的要求。根据这一现状，本论文研制了新型紫外定标热释电探测器，与相关单位合作实现了一种基于传感... 详细信息

伴随着紫外探测技术的发展，一个十分关键的问题在于必须对紫外探测器进行精确的光学定标，对紫外辐射定标的精确水平也提出了越来越高的要求。根据这一现状，本论文研制了新型紫外定标热释电探测器，与相关单位合作实现了一种基于传感器的紫外辐射定标系统。本论文进一步建立了紫外探测器的定标测试平台，研究了紫外探测器的高精度定标测试方法。\n 首先，研究了电定标探测器设计问题。综合对比了热释电材料的性能参数，选择我国科学家最新发现的弛豫铁电单晶PMNT和成熟的LiTaO3作为电定标探测器的芯片材料。设计了5种不同尺寸的芯片，采用ANSYS软件建立三维模型来模拟光辐射、电加热时的稳态温度场分布。根据模拟结果，当光敏元尺寸越小，光辐射加热和电加热的温升偏差越大，光电不等效越严重。结合器件工艺的可行性，确定光敏元尺寸为10mm×10mm，根据ANSYS的三维模拟，光加热温差和电加热温差的相对偏差为1.20％。为了降低或消除电加热时电定标探测器对电加热脉冲产生的容性耦合信号，在上电极和引线电极之间设置一层绝缘屏蔽层。\n 其次，研究了新型弛豫铁电单晶PMNT的关键器件工艺。研究了贴片温度对PMNT材料性能的影响，发现70℃贴片温度导致晶片的热释电系数明显降低，平均下降幅度为13.28％，改进后的贴片温度为55℃。开展了薄片工艺损伤研究。通过XRD测试，发现采用细粒径磨料减薄、抛光后的样品，其摇摆曲线的半峰宽较窄，衍射峰强度较高；经研磨后的样品，其介电损耗和介电常数都显著增大；表明晶片的表面状态和内部电学性能都因薄片工艺而受到影响。为了消除或减少表面机械损伤，研究了表面化学腐蚀工艺。同时，开展了紫外导电吸收膜的研究，选用了综合性能优良的新型碳纳米管材料(CNTs)制备吸收膜。对SWCNTs和MWCNTs进行了材料分析，通过拉曼光谱、扫描电镜测试，选用了均匀性较好的MWCNTs作为吸收膜材料。将MWCNTs粉末通过超声分散到乙醇溶液中后，通过喷涂的方式成膜，电阻为100Ω/□～150Ω/□的样品，在紫外波段的反射率为1.6％～4.2％，其反射与光谱有关，在265nm附近的反射率最高。同时，探索通过二次极化来提高器件性能，发现器件性能能明显提高，但极化会导致芯片产生应力而破损。\n 第三，系统地研究分析了电定标探测器的主要的光电不等效因素。在响应的均匀性测试中发现，采用PMNT材料制备的电定标探测器，响应的不均匀性接近于4％；采用LiTaO3材料制备的电定标器件，响应的不均匀性接近于1％。鉴于响应的不均匀对定标结果的影响较大，而且该误差不能被修正，因此确定现阶段选用均匀性较好的LiTaO3电定标探测器应用于电定标系统，并对编号为7GLTA-004#的探测器进行了测试与分析计算。主要研究的的不等效因素有器件响应的不均匀性、表面反射损失、光加热和电加热的位置差、电极引线热损失、电加热的边界热扩散、响应的温度非线性、光阑孔径尺寸误差。经过修正之后，7GLTA-004#光电等效的不确定度可达到2％。\n 第四，建立了紫外探测器定标测试平台，开展了单元及多元紫外探测器、紫外焦平面探测器的测试方法研究。将紫外电定标系统应用于建立高精度紫外探测器定标测试平台，并研究紫外光源的稳定性、光斑均匀性、分光措施、探测器精确定位、调制因子等因素。研究采用锁相测量方法对单元及多元紫外探测器进行定标测试，响应率定标的总不确定度为3％～5％，相对光谱测试的总不确定度达到3％。紫外焦平面探测器的定标测试、均匀性测试，采用了采样保持技术，响应率定标测试的的不确定度可达到3％～5％，均匀性测试不确定度可以达到3％。\n 最后，将高精度紫外探测器定标测试系统应用于研究室承担的项目的测试工作。针对研究室承担的项目的测试需求，对128×1背照射AlGaN线列紫外探测器、GaN基共振增强型紫外探测器、128×1背照射AlGaN紫外焦平面探测器进行了测试。此外，研究从紫外焦平面探测器的测量数据中推算光敏芯片电流响应率的方法，分别对128×1 AlGaN紫外探测器光敏芯片、128×1紫外焦平面探测器组件在360 nm波段处进行定标测试，3个焦平面组件的平均电流响应率与直接标定光敏芯片得到的平均电流响应率相比，相对偏差约5％，分别为3.81％、-6.38％、-6.59％。

关键词：紫外辐射电学定标热释电探测器工艺损伤光电等效定标测试

来源：评论

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