Введение................................................................................................................................. 5
1. Современное состояние исследований в области создания приемников
инфракрасного излучения .................................................................................................. 11
1.1. Фотонные ИК-приемники .......................................................................................... 16
1.2 ИК-фотоприемники на основе барьера Шоттки ....................................................... 17
1.3 Болометрические ИК-приемники ................................................................................ 18
1.3.1 ИК-фотоприемники на основе оксида ванадия ....................................................... 22
1.3.2 ИК-фотоприемники на основе аморфного кремния ............................................... 24
1.3.3 ИК-фотоприемники на основе металлов.................................................................. 26
1.3.4 ИК-фотоприемники на основе поликристаллического кремния........................... 29
1.4 ИК-приемники на основе термоэлектрических преобразователей .......................... 30
1.5 Пироэлектрические ИК-приемники ............................................................................ 31
1.5.1 Цирконат-титанат свинца .......................................................................................... 34
1.5.2 Ниобат и танталат лития........................................................................................... 35
1.5.3 Поливинилиденфторид (PVDF)................................................................................ 38
1.6 Конструкции тепловизионных матриц ....................................................................... 43
1.6.1 МЭМС конструкции для микроболометров и пироэлектриков ............................ 43
1.6.2 Обеспечение теплоизоляции в массивах микроразмерных ИК-приемниках....... 47
1.6.3 Использование пористых наноструктурированных мембран (материалов)
для теплоизоляции элементов МЭМС .............................................................................. 48
1.6.4 Система адресации перекрестных шин кроссбар ................................................... 49
1.7 Выводы и постановка задач на диссертационную работу. ....................................... 51
2. Оригинальные методы, используемые в процессе формирования и исследования
пироэлектрических ИК – фотоприемников ...................................................................... 53
2.1. Метод формирования толстых пленок пироэлектрического полимера P(VDFTrFE) кристаллизацией из раствора .................................................................................. 53
2.2 Особенности поляризации пленок полимера P(VDF-TrFE) в поле коронного
разряда.................................................................................................................................. 59
2.3 Методика двухстадийного анодного окисления алюминия для формирования
маски для последующего ионного травления .................................................................. 61
3
2.4 Ионно-лучевое травление диэлектрических слоев. ................................................... 63
2.5 Метод локального заполнения полимером P(VDF-TrFE) наноразмерных
высокоаспектных каналов. ................................................................................................. 64
2.6 Метод исследования тепловой чувствительности пироэлектрического ИКприемника ............................................................................................................................ 65
2.7 Выводы........................................................................................................................... 67
3. Исследование тепловой чувствительности сплошных пленок P(VDF-TrFE)........... 68
3.1 Исследование пироэлектрических свойств пленок P(VDF-TrFE), находящихся в
свободном состоянии.......................................................................................................... 68
3.1.1 Исследование кинетических зависимостей пироэлектрического отклика
дискретной структуры P(VDF-TrFE)................................................................................. 68
3.1.2 Особенности измерения пироэлектрического отклика в матричных структурах
P(VDF-TrFE) ........................................................................................................................ 70
3.1.3. Обоснование необходимости изолирования пироэлектрических частиц друг
от друга................................................................................................................................. 71
3.2 Исследование пироэлектрических свойств пленок P(VDF-TrFE),
сформированных на подложке........................................................................................... 72
3.2.1 Формирование матричной полимерной структуры на подложке методом 2D -
печати. .................................................................................................................................. 73
3.2.2 Формирование тонких мембран под пироэлектрическими структурами для
уменьшения тепловых потерь в подложку. ...................................................................... 79
3.2.3 Обоснование необходимости уменьшения теплопроводности мембраны за
счет формирования в ней пор ............................................................................................ 81
3.3 Выводы........................................................................................................................... 82
4. Исследование процессов формирования упорядоченного массива
пироэлектрических полимерных наночастиц в матрице пористого оксида кремния .. 83
4.1 Установление механизмов анодного окисления структуры Al/Ti/SiO2,
обеспечивающих самоорганизацию наноструктурированной оксидной маски с
заданными геометрическими параметрами...................................................................... 83
4.1.1 Исследование закономерностей анодного окисления трехслойной структуры
Al/Ti/SiO2.............................................................................................................................. 83
4
4.1.2 Разработка самоостанавливающегося процесса формирования алюмооксидной
твердой маски ...................................................................................................................... 86
4.1.3 Исследование процесса создания алюмооксидных масок с разной
пористостью......................................................................................................................... 88
4.2 Установление механизмов ионного травления слоя оксида кремния с
использованием пористого анодного оксида алюминия. ............................................... 90
4.2.1 Исследование процесса травления двухслойных диэлектрических структур .... 90
4.2.2 Определение соотношения геометрии пористой маски и обрабатываемого
слоя ....................................................................................................................................... 93
4.2.3 Разработка метода ионного травления, обеспечивающего точный контроль
толщины протравленного диэлектрического слоя........................................................... 95
4.3. Особенности заполнения пор оксида алюминия полимером P(VDF-TrFE)........... 97
4.3.1 Исследование процесса формирования нитевидных нанокристаллов в матрице
пористого оксида кремния ................................................................................................. 97
4.3.2 Осаждение пироэлектрического полимера в матрицу оксида кремния со
сформированными под ним локализованным электропроводящим электродом ....... 103
4.4 Исследование свойств пироэлектрической среды P(VDF-TrFE)/SiO2 и
разработка макета ИК-фотоприемного устройства на ее основе ................................ 104
4.4.1 Маршрут создания матрицы на основе пористого оксида кремния и P(VDFTrFE). .................................................................................................................................. 104
4.4.2 Разработка системы фокусирования и прерывания теплового излучения ......... 107
4.4.3 Исследование пироэлектрического отклика структуры P(VDF-TrFE)/SiO2 с
системой адресации типа кроссбар ................................................................................. 108
4.5 Выводы......................................................................................................................... 110
Общие выводы по диссертационной работе................................................................... 112
Список использованных источников .............................................................................. 114
Приложение ....................................................................................................................... 126
