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Improvements in electrical properties, low frequency noise and detection performance of a Mn-based bbilayer thin film infrared detector
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资源说明：Improvements in electrical properties, low frequency noise and detection performance of a Mn-based bbilayer thin film infrared detector
这篇文章研究了基于锰(Mn)的双层薄膜红外探测器在电学性能、低频噪声和检测性能方面的改善。该研究的重点是通过射频(RF)溅射方法制备的基于锰的单层和双层结构探测器的低频1/f噪声和检测性能的实验研究。
这项研究的背景是热敏材料和红外探测器的发展。热敏材料对温度变化敏感，因此可用于制造温度传感器和红外探测器。这些材料能够将光信号转换为电信号，从而实现对红外辐射的检测。研究中使用的材料是MnCoNiO，一种尖晶石结构的材料，通常用于红外探测器中，因为它具有良好的热敏特性和光电转换效率。
文章详细描述了使用RF磁控溅射技术制备了不同结构的Mn基薄膜红外探测器。具体而言，首先制备了Mn1.56Co0.96Ni0.48O4（MCN）厚膜（10μm）红外探测器，然后通过牺牲层技术在其上沉积了薄膜（1μm）。此外，通过湿化学刻蚀方法制备了Mn1.56Co0.96Ni0.48O4-Mn1.56Co0.80Cu0.16Ni0.48O4（MCN-MCCN）双层薄膜红外探测器。
通过X射线衍射（XRD）测试，结果表明三种样品均表现出尖晶石结构。研究通过在250K至320K范围内的电压-电流测量，检验了MCN和双层薄膜样品的温度特性，从而得出了其特征温度值。所有三个探测器在295K时显示了相似的电阻温度系数，大约为-3.5%K-1。
研究还考察了所有三个探测器的低频噪声谱，发现双层薄膜探测器的噪声值比MCN薄膜样品低一半。基于MCN-MCCN双层薄膜探测器对1550nm激光辐射显示出更大的响应，并且对黑体具有良好的热敏探测能力。结果表明双层探测器的响应速度比MCN厚膜探测器快一个数量级，时间常数大约为0.17ms。MCN-MCCN探测器的检测灵敏度估计为10^7 cm·Hz0.5/W的数量级。
文章还提出了一些关于偏置电压的简单考虑，指出了在实际应用中调整偏置电压可以进一步优化探测器的性能。
通过这些实验结果，文章提出了双层结构探测器相比于单层厚膜探测器，在响应速度、噪声水平和热敏探测能力方面都有显著改进。这些改善对于红外探测器的应用，尤其是在需要快速响应时间和高灵敏度的场合，具有重要的实际应用价值。
研究结果还表明，通过调整材料成分和制备技术，可以进一步提高探测器的性能。例如，通过添加铜(Cu)到MCN材料中以形成MCN-MCCN双层结构，可以在不增加噪声的同时增加探测器对特定波长的响应。
这项研究强调了在材料和制造工艺层面上的细节对红外探测器性能的重要性，并为未来的红外探测器设计和制造提供了理论和实验依据。这项研究不仅为物理实验室的研究人员和工程师提供了洞察力，也对材料科学和光电探测器设计领域的实际应用和产品开发有着重要的指导意义。
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