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第 28 卷 第 1 期 固 体 力 学 学 报 Vol . 28 No . 1 2007 年 3 月 A C TA M EC HAN ICA SOL IDA SIN ICA March 2007 BST 铁电薄膜在红外辐射作用下响应的解析解 李尧臣　杨昌锦 ( 同济大学 航空航天与力学学院 ,上海 ,200092) 孙 兰 ( 中国科学院技术物理研究所红外实验室 ,上海 ,200083) 摘 要 　研究了红外探测器中红外焦平面列阵的象元 —B ST 铁电薄膜微桥在红外辐射作用下输出信号的分 析方法. 将 B ST 铁电薄膜微桥结构简化为一块微米尺度的夹层板 ,中间是 B ST 铁电薄膜 ,在极化模式下工作. 微桥 的上表面接收辐射脉冲信号. 由于微桥十分微小 ,可以认为红外辐射在板面上均匀分布 ,又由于板的平面尺寸比厚 度大得多 ,可以认为热传导只在板厚的方向进行. 采用适当的力电热耦合的控制方程和非线性的本构方程 ,得到 了铁电薄膜微桥在红外辐射作用下的的力 、热 、电输出信号的解析解 ,并将计算结果与实验结果作了比较. 关键词 　B ST 铁电薄膜 ,微桥结构 ,层合板 ,红外辐射 ,耦合方程 ,级数 热释电系数 ,而且介电系数对温度的变化也很敏感. 0 　引言 于是用它制成的铁电薄膜对于红外辐射就有较强的 响应 ,而铁电薄膜的这种工作模式也称为极化模式. 红外线是介于可见光和微波之间的电磁波. 红 若将居里点温度调节到室温的范围 ,用这种铁电薄 外探测器把接收到的红外辐射转换成某种可以测量 膜微桥制成的红外焦平面列阵就是非致冷型的、低 的量 ,再转换成可视信号. 红外焦平面列阵是红外热 成本的红外热象器件 ,因此具有很好的应用前景. 探测器的主要工作部件 ,是由铁电薄膜制成的微桥 ( ) 排列而成的. 微桥 图 1 是用热隔离臂支撑的一片 铁电薄膜 ,它的上表层是一层金黑 ,是红外辐射的接 受部分 ,称为光敏面 ,也是上电极 ; 下表面是一层镍 酸镧或金属铂 ,称为下电极. 微桥的硅基底上刻有读 出电路. 微桥受到红外辐射的照射后有了温度变化 , 由于铁电薄膜的热释电效应 ,在两个电极内产生了 反号电荷. 若将电极接通 ,则有电流产生. 组成红外 焦平面列阵的各微桥的电信号被电路读出 ,经放大 和成像系统的处理 ,便可形成 目标的图像. 图 1 　铁电薄膜微桥结构示意图 铁电薄膜非制冷红外焦平面列阵的研究是 目前 近十几年来 ,有关 B ST 铁电薄膜的研究主要集 国内外红外光电科技的前沿课题. 近几年来 ,钛酸锶 中在制备技术和热电性能的表征方面[ 15 ] . 在理论研 ( ) 钡 Bax Sr 1x TiO3 , 或 B ST 铁 电薄膜的应用引起了 究、数值分析和实验研究方面 , 目前只有若干相近的 人们的兴趣. 与 PZ T 铁电薄膜相比,它具有优异的 工作. 如有关铁电材料的力热电耦合的工作 ,采用 热释电性能 ,高介电常数 ,低介电损耗和结构稳定等 线性的本构关系 ,研究热释电材料板壳结