热释电器件结构分析

第27卷第2期长春理工大学学报Vol 27 No. 22004年6月Journal of Changchun University of Science and Technolog.004文章编号:1004-485X(2004)02-0014-03热释电器件结构分析王彬(长春理工大学理学院,长春130022)摘要:本文就热释电器件结构,作了二维分布参数模型的分析,建立了热平衡方程,求解出调制辐射下的热释电流。导岀的理论值较好地与实验值符合。对于热释电晶体尺度的设计和工艺提出了一些参考意见关键词:模型分析;热平衡方程;工艺参数中图分类号:TN21文献标识码:A1二维物理模型及热平衡方程为了导岀热释电探测器的讯号电流,又能反映器件的工作实际,我们这里结合纵向、横向来讨论二维分布参数模型1物理模型的建立:热释电器件是由吸收层,热释电晶体和两个电极构成,晶片的四周用一陶瓷支架所支撑,这是一种悬空结构于物理实体,我们可以简化为图(1)所示的物理模型:把吸收层等效于一个开口为2c的热通道。调制辐射从这里射入;热释电晶体内晶片的厚度为dd宽度为2a;假设吸收层以外的材料不接受辐射,电极以及吸收层的热损耗也不考虑;我们取横向传热方向2ax为x轴取纵向传热方向为y轴。1.2热平衡方程根据上述物理模型,可以列出二维热扩散方程及c吸收层半宽度;a晶体片半宽度;d晶片厚度其边界条件如下(假设△T(x,y,t)=(x,y,t))图1器件等效物理模型7△T(x,y,t)2△T)a2△T(x,y,t)0,l2门≤其中a=k,k是热导率,c是体积比热;是吸收系数woe e2求解方程及响应度中国煤化工2.1采用分离变量法求解此方程CNMHG设△T(x,y,t)=u(x,y,t)=X(x)Y(y)T(t)(2)收稿日期:2003-10-15基金项目:长春理工大学科研项目作者简介:王彬,男(1958—),讲师,硕士,从事红外科学技术的教学研究工作第2期王彬:热释电器件结构分析将(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边界条件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热释电流为d△T对于 LATGS器件的一般实验数据是:C=2.5Jcm=3K1,d=10,a=0.2cm,c=0.1cm,n=1.把这些数据代入上式计算后可知:因此第二项可以忽略不计,则:2(5)由此可以算出R=- cnaacOeLa3理论值与实验值的比较我们利用器件的有关参数,可以计算出电流响应度R和电压响应度R的理论值n=1,x=3×10-(c,cm,k-)。A=0.78mm2,=30,a=0.20,c=0.05Cmf=12.5Hz把数据代入(6),(7)式,可以计算出电压、电流的响应度是:R。=3.7×103V/WR;=0.6×10-A/W上述的其它数据不变,只是c=0.1cm时电压、电流的响应度是:R=1.83×103V/W0R;=1.2×10-5A/W中国煤化工而实验值是CNMHG光敏面为g(即c=0.05m)时,R=4.2×10v/WR1=0.8×10A/W光敏面为g2(即c=0.1am)时R=2.1×10v/WR,=1.5×10AW。长春理工大学学报2004年理论值与实验值比较,两者是比较接近的。因此所导出的理论计算公式是很成功的4 LATGS探测器的工艺参数确定(1)当有一个器件给定了响应度后,我们就可以利用下述公式求解出热释电的半宽度a的大小2可以看出,R。与C是成反比的,C越小,R。越大,为了提高R,我们必须适当的减小C值(2)由前面的数据,我们可以看出:晶片表面的吸收所引起的电压响应度是很大的.大约是102量级。这部分电流虽然增大了响应度的数值;但是,也产生了很强的干扰。因此,要尽力地减少这部分电流,最好是在晶片表面涂上反射层,减少n值。3(3)在(1)中我们谈到了减少C,可以提高响应度,C越小第二项的干扰电流就越大。为了解决这个矛盾.我们认为可以适当的减少吸收层半宽度值C,在热释电晶片表面涂上增反膜,这样即可以提高响应度,又可以减少干扰电流参考文献[] E. H. putley Semiconductors and Semimetals Vol. s(2002)[2J A Van der Ziel and S. T. Liu, J. Apple phys. 43(2001) P45683]吕秀品.光学相控阵扫描的理论研究.长春理工大学学报,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中国煤化工CNMHG