Lithiumtantalatkristall und seine Anwendung – 12

3 Die Hauptanwendung von Lithiumtantalatkristallen

3.4 Pyroelektrischer Detektor

To Ziele erkennen, PYroelektrische Melder tauschen im Allgemeinen Wärme mit der Außenwelt ausUmfelddurch drei Methoden: Wärmekonvektion, Wärmeleitung und Wärmestrahlung. Das Funktionsprinzip ist:Elektronen werden an der Oberfläche des pyroelektrischen Materials adsorbiert,UndDie Oberfläche ist neutral;die Temperatur der Materialoberfläche ändert sich bei Erwärmung,Unddas elektrische Dipolmoment des Materials ändert sich;Um die Oberfläche des Materials neutral zu halten, gibt die Oberfläche Ladungen ab. Pyroelektrische Sensoren bieten im Allgemeinen die Vorteile einer hohen Erkennungsrate, einer breiten Betriebsfrequenz, niedriger Kosten, einer einfachen Struktur und einer schnellen Reaktionsgeschwindigkeit.

Zu den Detektionseinheiten pyroelektrischer Detektoren gehören Keramik, Einkristalle und dünne Filme. Keramik verwendet hauptsächlich Kaliumtantalat-Niobat und Blei-Zirkonat-Titanat. Einkristallmaterialien verwenden im Allgemeinen Lithiumniobat und Lithiumtantalat. Zu den häufig verwendeten Filmen gehören Lithiumtantalatfilme und Bleizirkonattitanatfilme. Lithiumtantalatkristalle werden aufgrund ihres guten pyroelektrischen Koeffizienten, Curie-Punkts und Dielektrizitätskonstante häufig in pyroelektrischen Detektoren verwendet. Dong Hangrong und andere führten Forschungen zu pyroelektrischen Terahertz-Detektoren durch und entwarfen einen pyroelektrischen Terahertz-Detektor mit einem lichtempfindlichen Durchmesser vonφ10mm. Das pyroelektrische Terahertz-Detektormodell wurde durch Finite-Elemente-Analyse und Simulationsanalyse der thermoelektrischen Kopplung entworfen. Durch die Optimierung des Verdünnungs-, Polier- und Abziehprozesses wurde die Entwicklung des pyroelektrischen Terahertz-Detektors abgeschlossen. Nach dem Test weist der Detektor eine Ansprechempfindlichkeit von 371,8 V/W, eine gute Ansprechzeit, eine hohe Integration und eine geringe Rauschleistung auf, wodurch das Problem der Prüfung der Leistung großer Terahertz-Strahlen effektiv gelöst wird. Zhao Ling et al. hergestelltes ultradünnes LiTaO₃Wafer durch Voreinstellung von 20 μm tiefen Rillen auf der Oberfläche des Wafers. Die Ruß-Infrarotabsorptionsschicht wurde mit der Elektrospray-Methode hergestellt. Die Analyse der Ruß-Infrarotabsorptionsschicht zeigte, dass bei einer Elektrosprayzeit von 20 Minuten die Rußpartikel die gesamte Substratoberfläche gleichmäßig bedeckt hatten und die Infrarotabsorptionsrate der Absorptionsschicht 98 % erreichte, die Schwarzkörpererkennungsrate des Detektors erreicht 1,78×10⁸cm·Hz^1/2/W. Anonym et al. entwarf einen pyroelektrischen Lithiumtantalat-Detektor mit einem 7 μm dicken Chip, der für die Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie geeignet ist. Der Detektor erfordert bei hohen Temperaturen keine zusätzliche Kühlung durch das Peltier-Element und bietet eine typische spezifische Erkennungsrate von 4,0×10⁹bei 10 Hz.

Cheng Jinbao analysierte und optimierte die Prozessparameter des Wafer-Ausdünnens und Polierens und verwendete elektrostatisches Hochspannungssprühen, um die Infrarot-Absorptionsschicht aus Tinte und Ruß vorzubereiten. Abschließend wurden die empfindlichen Bauteile, die gedünnt, poliert und mit der Absorptionsschicht versehen wurden, in Geräte verpackt. Nach dem Test war die Rücklaufquote umso besser, je dünner der Lithiumtantalat-Wafer war. Die Reaktion des Geräts ist proportional zur Leistung des einfallenden Lichts. Bei hohen Frequenzen nimmt die Spannungsreaktion des Geräts mit seiner Frequenz allmählich ab. Die äquivalente Rauschleistung des Detektors beträgt 4,3×10^-10W/Hz^1/2und die spezifische Erkennungsrate beträgt 3,3×10⁸cm·Hz^1/2/W, gute Leistung, erfüllt die Anforderungen pyroelektrischer Detektoren. Wang Jianfei kombinierte den aktuellen Forschungsstand von Raumtemperaturdetektoren und entwarf einen Infrarot-Erkennungssensor auf Basis eines Lithiumtantalatfilms, indem er die empfindliche Einzelstruktur, die Absorptionsschicht und den Vorbereitungsprozess optimierte, um eine Raumtemperaturerkennung zu erreichen. Unter Raumtemperaturbedingungen und einer Impulsfrequenz von 3 Hz beträgt die minimale äquivalente Rauschleistung des Geräts 7,46×10^-4W/Hz^1/2, und die Erkennungsrate erreicht 1,34×10³Hz^1/2/W. Die Absorption der ausgewählten Absorptionsschicht erreicht 94 % und erfüllt damit die Erkennungsanforderungen. Zhou Libing und andere stellten einen pyroelektrischen Zweikanal-Infrarotdetektor auf Basis eines Lithiumtantalat-Wafers her. Die optische Gaskammer nutzte eine Kombination aus zwei Ellipsoiden und einer sphärischen Oberfläche, was nicht nur die Kopplungseffizienz der Lichtausbreitung verbesserte, sondern auchvon Vorteil seinzur Miniaturisierung von Sensormodulen. Darüber hinaus wird ein auf der Methode der kleinsten Quadrate basierender Temperatur- und Feuchtigkeitskompensationsalgorithmus vorgeschlagen, um eine Messgenauigkeit von ±0,9 % zu erreichen. ZhangKaisheng et al. entwarf einen wellenlängenselektiven Absorptionsdetektor, in dem thermoelektrische Materialien mit Metamaterial-Perfektabsorbern (MPA) integriert sind. LiTaO₃Als Substrat wurde ein Einkristall mit Metallfilmen auf beiden Seiten ausgewählt und darauf ein Metall-Dielektrikum-MPA vom Metalltyp abgeschieden. Die MPA-Struktur besteht aus einem SiO₂Dielektrikumschicht und eine kreuzförmige periodische Einheit sorgen für eine hohe Selektivitäte Absorptionbei 3,16 μm.Thermoelektrische Spannungwird erzeugt as Die einfallende Strahlungsleistung wird durch die dielektrische Schicht in Wärme umgewandelt und diffundiert in das Lithium.