新型热释电材料性能及其在红外探测器中的应用
(0) 弛豫铁电单晶铌镁酸铅-钛酸铅(PMNT),Mn掺杂PMNT,三元系铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅(PIMNT)和Mn掺杂PIMNT不仅具有优异的压电性能,而且还具有非常优异的热释电性能.通过对弛豫铁电单晶的介电、热释电性能随固熔体组成,结晶学取向的研究,发现了”111”取向的PMN-0.26PT和掺锰PMN-0.26PT单晶的本征热释电系数分别达到15.3×10-4C/m2K和17.2×10-4C/m2k,具有优异的热释电综合性能.掺杂后,二元和三元体系弛豫铁电单晶介电损耗降至0.0005,使得Mn掺杂PMN-0.26PT单晶的探测优值从15.3×10-5Pa-1/2提高至40.2×10-5Pa-1/2,Mn掺杂PIMNT的探测优值达到19.5×10-5Pa-1/2.高居里温度PIMNT(41/17/42)和Mn掺杂PIMNT(23/47/30)单晶的TC分别达到253℃和179℃,可在更宽的温度范围内应用.晶片减薄后(尤其是减薄至十几微米量级)存在尺寸效应和界面效应,会同时影响了介电常数对频率的响应,使得其整体介电损耗大幅增加.采用红外吸收率更高的多壁碳纳米管作为吸收层,制备了基于Mn掺杂PMNT单晶的高性能热释电探测器,在电压模式下,电压响应率RV为23646V/W,比探测率D*(10 Hz,500 K,25℃)达到1.05×109 cm Hz1/2W-1,并在2Hz达到最大值1.25×109 cmHz1/2W-1.而在电荷模式下该探测器的电压响应率达到115kV/W(10Hz),探测率在4Hz和10Hz时分别达到3.0×109cm·Hz1/2/W和2.21×109cm·Hz1/2/W,性能比目前商用的高性能LiTaO3探测器要高出4倍之多,显示出了明显的性能优势.
红外探测器 制造工艺 弛豫铁电单晶 热释电性能
杨林荣 罗豪甦 李龙 许晴 赵祥永 狄文宁 焦杰 李晓兵
中国科学院上海硅酸盐研究所,上海市嘉定区城北路215号,201800
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2014-12-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）