专利名称：Bst薄膜经时击穿的调控方法
技术领域：
本发明属于电子元器件技术领域，特别涉及ー种高可靠性的热释电红外探測器。
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ー种，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測器件。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薄膜红外探測器的主要噪声之一。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I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b和も。在、之前，漏电流随时间的增加而减小，在b时达到最小值；然后,漏电流随时间的增加而增大,到、时漏电流突然急剧増加。在b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b之前，BST薄膜仍然有介电、热释电性能山之后，BST薄膜无介电、热释电性能，即BST被击穿了。其中，b和h之间的状态称为软击穿，h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薄膜漏电流増大，探测器噪声就会増大，器件性能就会降低，故应该绝对避免漏电流増大的情况出现，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，找到ー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ー个输入电极接地；B、对另一个输入电极施加方波偏压。进ー步的说，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% ο更进ー步的，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，其中ー个为公共电极，另外两个电极称为输入电极。本发明的有益效果是(I)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I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。
图I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(TlOOs的电荷变化示意图，图4 (b)为10(T200s的电荷变化示意图，图4 (c)为20(T300s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。
具体实施例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。如图2所示，本发明的双电容结构包括公共电极3，作为输入电极4的正、负电极，夹在公共电极3和输入电极之间的BST薄膜，BST薄膜包括I区和2区。其中公共电极3为NiCr电极，在薄膜的最上端，充当公共电极和红外吸收层；输入电极4 (正、负电极)为Pt电极，在薄膜的最下端，作为BST薄膜生长的衬底。实施例I本发明中对双电容BST样品所加的动态偏置电压如图3所示，其幅值为±6V，周期为200s，占空比为50%。将I区Pt电极接输入脉冲偏压，2区Pt电极接地。如图4所示，当第一个IOOs加正6V偏压时，电子从2区Pt电极注入BST薄膜，在2区形成空间电荷区，如图4(a)所示。当第二个IOOs加-6V偏压时，电子从I区Pt电极注入BST薄膜，在I区形成空间电荷区；同时，2区形成的空间电荷区在反向电场作用下，发生被俘电子的脱俘，这样2区就恢复到初始状态，如图4(b)所示。当第三个IOOs加正6V偏压时，电子从2区Pt电极注入BST薄膜，在2区形成空间电荷区；同时，I区形成的空间电荷区在反向电场作用下，发生被俘电子的脱俘，这样I区就恢复到初始状态，如图4(c)所示。如此往复，1、2两区的BST薄膜都能保持在初始状态，漏电流就不会随时间发生变化。图5是在上述动态偏置电压下，双电容BST薄膜的漏电流随时间的变化曲线图。测试的时间为100000s，在此范围内，BST薄膜的漏电流波动不大，未发生软击穿和硬击穿。说明采用BST薄膜双电容结构及动态偏置电压法可以保持BST热释电红外探测器工作在较稳定的漏电流状态下，不会影响器件的可靠性。
实施例2本实施例的方波的幅值为±0. 5V，周期为10s，占空比为30%。实施例3 本实施例的方波的幅值为±20V，周期为1000s，占空比为80%。
权利要求
1.BST薄膜经时击穿的调控方法，其特征在于，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。
2.如权利要求I所述的BST薄膜经时击穿的调控方法，其特征在于，所述步骤B中，施加的偏压为对称方波。
3.如权利要求I所述的BST薄膜经时击穿的调控方法，其特征在于，所述方波的幅值为±0. 5 20V，周期为l(Tl000s，占空比为30^80% ο
4.如权利要求I所述的BST薄膜经时击穿的调控方法，其特征在于，所述方波的幅值为±6V，周期为200s,占空比为50%。
全文摘要
BST薄膜经时击穿的调控方法，属于电子元器件技术领域，本发明包括下述步骤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。本发明可以保持BST热释电红外探测器工作在较稳定的漏电流状态下，不会影响器件的可靠性。
文档编号H01L37/02GK102820420SQ20121028442
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月10日 优先权日2012年8月10日
发明者吴传贵, 蔡光强, 罗文博, 彭强祥, 孙翔宇, 柯淋, 张万里, 王小川 申请人:电子科技大学