[发明专利]基于稀土镍基钙钛矿化合物的能量扰动交叉双向探测方法

说明书

本发明的目的在于提供一种基于稀土镍基钙钛矿化合物的能量扰动交叉双向探测方法，属于信号探测领域。该发明结合具有热力学亚稳态物相的稀土镍基钙钛矿化合物的能量电阻温度系数与高热电赛贝克系数两个特点，通过对微区能量扰动引起能量变化进行探测实现对能量微扰动进行探测的目的。综合利用稀土镍基钙钛矿化合物的能量敏感电阻效应的有源探测技术与赛贝克电压效应的无源探测技术相结合的方法，实现对能量扰动的精准锁定与探测。该方法可实现对光、热、电磁波等微小热扰动信号的精准探测，在光信号探测、微测辐射热、温度探测与传感方面具有可观的应用价值与宽广的应用前景。

技术领域

本发明属于微区热扰动、红外信号、电磁信号等能量微扰动探测等领域，具体地涉及一种基于稀土镍基钙钛矿化合物的能量扰动交叉双向探测法。

背景技术

对于军民两个方面的探测领域来说，开发对能量扰动的精准探测方法具有重要的应用价值。例如，红外探测器就是将不可见的红外辐射转换成可测量的电信号的器件，是红外技术的核心,也是近年来局部战争侦察使用的尖端技术之一。红外探测器分为光子探测器和热探测器两大类。与光子探测器相比，热探测器具有无波长选择性，无需制冷，结构简单，价格低廉等特点，随着器件性能的提高，热探测器阵列的应用领域日益广泛，覆盖了从民用到国防的诸多领域【1】。目前获得应用的微区热探测技术主要包括：热释电探测、微测辐射热计、热电堆和高莱管、热胀冷缩效应的液态的水银计、共振频率对温度的敏感的石英共振器非制冷红外探测、材料的电阻或介电常数的热敏效应等技术【2-6】。其中，热释电探测器是一种新型的热探测器，它利用材料的热释电效应来探测红外辐射。与其他热探测器相比，具有探测率高、光谱响应宽、工作频率宽、响应速度快、不需偏压、功耗小、便携性好等优点。此外，基于氧化钒红外热敏电阻材料的微测辐射热计焦平面阵列探测技术具有无需斩波、制作工艺与集成电路制造工艺兼容，便于大规模生产等优点，具有相当大的发展潜力，是目前发展速度最快、性能最好和最具有应用前景的一种热敏型红外探测器。【6-21】。

红外微测辐射热计是利用热敏材料的电阻率对温度的敏感特性进行红外探测的。其包括以下三个过程：1)吸收辐射的红外光，并将光能转换成热；2)由于红外线的吸收与热效应使热敏电阻温度升高；3)由于温度变化使得热敏电阻的电阻率改变，从获得可探测电压变化信号。热敏材料的选择很大程度上决定了器件能够达到的最佳性能，所以为提高探测灵敏度，需要尽量选择热容量小，电阻温度系数大的热敏材料。

目前研究报导的非制冷红外焦平面技术的热敏薄膜材料主要包括：氧化钒、多晶硅、锗硅合金、YBCO和Ti等【6-10,22-25】。其中，Ti的电阻温度系数(TCR)偏低，而多晶硅和多晶锗硅薄膜热敏电阻由于形成温度过高，因此限制其在单片系统中得到应用。与之相比，就是具有一些过渡金属的氧化物(Mn、Fe、Co、Ni、Cu和V等元素)具有较高的TCR【12】。而其中，氧化钒材料同时兼具高电阻温度系数(TCR)和低电阻率的优良特性，具备了低噪声和高灵敏度的优势，成为测辐射热计式非致冷红外探测器的核心敏感材料【26-28】。

微测辐射热计探测器件应用中主要关注VOx薄膜的两点特性：首先是高电阻温度系数，即薄膜具备对温度变化更高的敏感度；另一项是低电阻率，即薄膜具备与器件匹配的低阻值【13-15】。钒是一种多价金属，在VOx薄膜中钒的化合价以V³⁺、V⁴⁺和V⁵⁺为主，因此，VOx薄膜是混合型薄膜【29】。优化VOx薄膜材料在器件应用中的特性主要通过提高VOx中VO₂的含量来达到目的，因为V0₂在室温的应用范围内具有低电阻率和高TCR值。目前大多数文献【16-19】报导的氧化钒薄膜的典型TCR的值为1.5％-2.5％K^-1。这使得当目标场景红外入射在测辐射热计上时，温度的升高使其电阻有明显的变化，从而有大的信号输出。而国内在氧化钒热敏电阻方面同样开展了积极研究【20，30-34】，目前报道中所实现的氧化钒薄膜TCR最高值已超过5％K^-1。