熱釋電器件結構分析

第27卷第2期長(cháng)春理工大學(xué)學(xué)報Vol 27 No. 22004年6月Journal of Changchun University of Science and Technolog.004文章編號:1004-485X(2004)02-0014-03熱釋電器件結構分析王彬(長(cháng)春理工大學(xué)理學(xué)院,長(cháng)春130022)摘要:本文就熱釋電器件結構,作了二維分布參數模型的分析,建立了熱平衡方程,求解出調制輻射下的熱釋電流。導岀的理論值較好地與實(shí)驗值符合。對于熱釋電晶體尺度的設計和工藝提出了一些參考意見(jiàn)關(guān)鍵詞:模型分析;熱平衡方程;工藝參數中圖分類(lèi)號:TN21文獻標識碼:A1二維物理模型及熱平衡方程為了導岀熱釋電探測器的訊號電流,又能反映器件的工作實(shí)際,我們這里結合縱向、橫向來(lái)討論二維分布參數模型1物理模型的建立:熱釋電器件是由吸收層,熱釋電晶體和兩個(gè)電極構成,晶片的四周用一陶瓷支架所支撐,這是一種懸空結構于物理實(shí)體,我們可以簡(jiǎn)化為圖(1)所示的物理模型:把吸收層等效于一個(gè)開(kāi)口為2c的熱通道。調制輻射從這里射入;熱釋電晶體內晶片的厚度為dd寬度為2a;假設吸收層以外的材料不接受輻射,電極以及吸收層的熱損耗也不考慮;我們取橫向傳熱方向2ax為x軸取縱向傳熱方向為y軸。1.2熱平衡方程根據上述物理模型,可以列出二維熱擴散方程及c吸收層半寬度;a晶體片半寬度;d晶片厚度其邊界條件如下(假設△T(x,y,t)=(x,y,t))圖1器件等效物理模型7△T(x,y,t)2△T)a2△T(x,y,t)0,l2門(mén)≤其中a=k,k是熱導率,c是體積比熱;是吸收系數woe e2求解方程及響應度中國煤化工2.1采用分離變量法求解此方程CNMHG設△T(x,y,t)=u(x,y,t)=X(x)Y(y)T(t)(2)收稿日期:2003-10-15基金項目:長(cháng)春理工大學(xué)科研項目作者簡(jiǎn)介:王彬,男(1958—),講師,碩士,從事紅外科學(xué)技術(shù)的教學(xué)研究工作第2期王彬:熱釋電器件結構分析將(2)代入(1)式中,解出方程的解TOx)= AeX(t)= ccoskix+ Sink a(3)Y(y)= Echk2y+ Fshk2y其中k2=k2+。2.2邊界條件x分量由C8x+ OsinkiX,|-=0,X、O4分量的/=Ehk2y+Fsh2求解出方程(4)kak zo sh(k2u2i kk 2nsh(kznd)m cos n rchk 2u ye nor2.3求解平均值Zanwo sin c△T(x,y,t)=u=kak zo sh(kzod)A kkm sh(k2, d )n-chk un coS nr wordynuo ejot1、“0csin21rc,rt熱釋電流為d△T對于 LATGS器件的一般實(shí)驗數據是:C=2.5Jcm=3K1,d=10,a=0.2cm,c=0.1cm,n=1.把這些數據代入上式計算后可知:因此第二項可以忽略不計,則:2(5)由此可以算出R=- cnaacOeLa3理論值與實(shí)驗值的比較我們利用器件的有關(guān)參數,可以計算出電流響應度R和電壓響應度R的理論值n=1,x=3×10-(c,cm,k-)。A=0.78mm2,=30,a=0.20,c=0.05Cmf=12.5Hz把數據代入(6),(7)式,可以計算出電壓、電流的響應度是:R。=3.7×103V/WR;=0.6×10-A/W上述的其它數據不變,只是c=0.1cm時(shí)電壓、電流的響應度是:R=1.83×103V/W0R;=1.2×10-5A/W中國煤化工而實(shí)驗值是CNMHG光敏面為g(即c=0.05m)時(shí),R=4.2×10v/WR1=0.8×10A/W光敏面為g2(即c=0.1am)時(shí)R=2.1×10v/WR,=1.5×10AW。長(cháng)春理工大學(xué)學(xué)報2004年理論值與實(shí)驗值比較,兩者是比較接近的。因此所導出的理論計算公式是很成功的4 LATGS探測器的工藝參數確定(1)當有一個(gè)器件給定了響應度后,我們就可以利用下述公式求解出熱釋電的半寬度a的大小2可以看出,R。與C是成反比的,C越小,R。越大,為了提高R,我們必須適當的減小C值(2)由前面的數據,我們可以看出:晶片表面的吸收所引起的電壓響應度是很大的.大約是102量級。這部分電流雖然增大了響應度的數值;但是,也產(chǎn)生了很強的干擾。因此,要盡力地減少這部分電流,最好是在晶片表面涂上反射層,減少n值。3(3)在(1)中我們談到了減少C,可以提高響應度,C越小第二項的干擾電流就越大。為了解決這個(gè)矛盾.我們認為可以適當的減少吸收層半寬度值C,在熱釋電晶片表面涂上增反膜,這樣即可以提高響應度,又可以減少干擾電流參考文獻[] E. H. putley Semiconductors and Semimetals Vol. s(2002)[2J A Van der Ziel and S. T. Liu, J. Apple phys. 43(2001) P45683]呂秀品.光學(xué)相控陣掃描的理論研究.長(cháng)春理工大學(xué)學(xué)報,2002,(2):48Construction Analysis of pyroelectric DetectorsWANG Bin(College of Applied Scaiences oChangchun 130022)Abstract The construction of pyroelectric detections was analyseel in the paper. Two distripution parametermodels were estaslisheel and pyroelectric current was solved in modulation radiationThe theory value derived conformed to experimental value and some opinions on design of pyroelectric detec-tors were put forward in this paper.Key words: model analysis; heat balance equation; craft parameter中國煤化工CNMHG