[发明专利]BST薄膜经时击穿的调控方法

说明书

技术领域

本发明属于电子元器件技术领域，特别涉及一种高可靠性的热释电红外探测器。

背景技术

钛酸锶钡((Ba,Sr)TiO₃，简称BST)热释电薄膜是铁电材料中的一种，具有独特的光学和电学特性，如压电效应、热释电效应，光电效应，非线性光学效应以及铁电性，在微电子学、集成光学和光电子学等高技术领域中具有广泛的应用前景。目前，利用BST热释电薄膜优异的电、光等特性，各国正大力研究BST热释电薄膜非制冷红外探测器件。这些器件的应用覆盖了从民用到国防的诸多领域。BST薄膜工作在直流偏置电场下，不可避免的要产生漏电流，它是BST薄膜红外探测器的主要噪声之一。尤其是BST薄膜的漏电流随加偏置电压时间的增加而增加的经时击穿(Time Dependent Dielectric Breakdown，简称TDDB)现象，会严重影响探测器的可靠性。

TDDB现象如图1所示，随着对BST薄膜加偏置电压时间的增加，漏电流有不同的变化规律。在图中有两个漏电流的突变点，分别记为t₀和t₁。在t₀之前，漏电流随时间的增加而减小，在t₀时达到最小值；然后，漏电流随时间的增加而增大，到t₁时漏电流突然急剧增加。在t₀附近，通过其他手段，可以使BST薄膜的漏电流可以恢复到初始状态。在t₁之前，BST薄膜仍然有介电、热释电性能；t₁之后，BST薄膜无介电、热释电性能，即BST被击穿了。其中，t₀和t₁之间的状态称为软击穿，t₁之后的状态称为硬击穿。

对于BST薄膜热释电红外探测器而言，漏电流是探测器最主要的噪声之一。BST薄膜漏电流增大，探测器噪声就会增大，器件性能就会降低，故应该绝对避免漏电流增大的情况出现，否则探测器的可靠性就会受到影响。因此，根据BST薄膜软击穿、硬击穿的机理，找到一种行之有效的调控方法，意义十分重大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够使BST薄膜的漏电流保持在恒定状态，避免TDDB发生的BST薄膜经时击穿的调控方法。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，BST薄膜经时击穿的调控方法，包括下述步骤：A、将带有BST薄膜的双电容结构的一个输入电极接地；B、对另一个输入电极施加方波偏压。

进一步的说，所述步骤B中，施加的偏压为对称方波。方波的幅值为±0.5~20V，周期为10~1000s，占空比为30~80％。

更进一步的，方波的幅值为±6V，周期为200s，占空比为50％。

本发明的双电容结构中包括3个电极，其中一个为公共电极，另外两个电极称为输入电极。

本发明的有益效果是:

（1）输入电极4在薄膜的最下端，作为BST薄膜生长的衬底，与原来采用的衬底电极结构相同，不会改变底电极的制备工艺，不会改变BST薄膜的制备工艺。两部分下电极的制备工艺相同，在其上生长BST薄膜的工艺相同，本发明两部分的下电极/BST界面状态相同，正、负偏压下两部分的漏电流大小和TDDB特性相同。

（2）公共电极3在薄膜的最上端，充当公共电极和红外吸收层，不会降低对红外信号的吸收，可以保证与单电容相同的红外吸收性能。将输入电极4两端的偏置电压增加1倍，就可以保持BST上所加偏置电场不变，BST薄膜的热释电性能不变。

（3）双电容法简单易行，不改动器件结构、加工工艺和BST热释电薄膜红外探测器的处理电路。加在输入电极4上的动态偏置电压通过外部电路的调整就可以实现，无需对电路作大幅调整。

附图说明

图1为BST薄膜漏电流随时间的变化曲线；

图2为本发明的BST薄膜双电容结构示意图；

图3为本发明中双电容BST样品所加的动态偏置电压图；

图4为动态偏置电压下双电容BST薄膜空间电荷变化示意图；

其中，图4（a）为0~100s的电荷变化示意图，图4（b）为100~200s的电荷变化示意图，图4（c）为200~300s的电荷变化示意图。

图5为双电容BST薄膜的漏电流随时间的变化曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。