[发明专利]一种氧化钒热敏薄膜噪声测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及红外探测器技术领域，尤其涉及热敏薄膜噪声测试。

技术背景

氧化钒、非晶硅等半导体热敏电阻薄膜材料的电阻随温度升高而降低，并具有较大的电阻温度系数（TCR）和良好的工艺兼容性等优点，因此被广泛用于微测辐射热计型非制冷红外探测器和微测辐射热计型非制冷太赫兹探测器。热敏薄膜材料的噪声（特别是低频噪声）是制约热敏材料器件灵敏度和检测精度的一个关键因素，随着微测辐射热计灵敏度要求的不断提升，检测和控制热敏薄膜材料的噪声尤为重要。对氧化钒薄膜性能的改善通过工艺的改变或者掺杂来实现，材料性能与噪声特性之间有着直接的关系，噪声的性能反应出薄膜材料的优劣。

对于噪声的测量进而反映薄膜的性能是一个比较可行的方法，对于噪声的测量主要关注于低频（<100Hz），低频噪声主要以1/f噪声为主，服从Hooge经验公式：，式中S_V(f)、S_I(f)分别为噪声电压和电流功率谱密度；A为与材料有关的常数；V、I为单元两端所加的偏压和电流；β为指数因子，对于材料均匀的单元β=2；f为频率；γ为频率指数，通常取1。这些噪声在薄膜通较小电流（μA量级）或者电压时是很微弱的。

现在普遍采用的方法是通过较方便简单的对样品加偏置电压，经放大仪器放大后用频谱分析仪器进行分析，这种方式是使用现有频谱仪，不乏存在测试方法单一，采样速率较低，测试时间较慢等缺点。其数据保存较麻烦，并且采用仪器只能使用仪器所囊括的功能来分析，没有针对性和可变性，这些都会给研究人员带来麻烦以及数据的准确性不足。

发明内容：

本发明针对现有噪声测试技术的不足，提出了针对热敏薄膜材料的噪声测试方法。兼顾半导体热敏薄膜材料高电阻温度系数特征和不同热敏材料制备工艺差别，并考虑到膜后处理的工艺要求。在测试样品及其制备工艺设计中尽量减少非热敏薄膜噪声对测试结果的影响，并在测试样品中针对性的散热方案，以尽量真实反映热敏薄膜材料的噪声特性，对于样品可以进行电压或者电流的提取并放大，通过高速采集卡进行快速采集，对采集到的数据进行分析，其中采集数据、采样速率、功率密度谱平均叠加次数进行所需调整，并对数据的分析结果进行保存。数据分析时进行曲线拟合，得到氧化钒噪声参数可以直接进行氧化钒样品优劣性进行一个初步的准确性判断。为氧化钒热敏薄膜质量控制及其制备工艺优化等提供可靠的依据。

为了解决上述技术问题，本方面采用了如下的技术方案：

一种氧化钒热敏薄膜噪声测试方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，选择电流或电压适配以及对应的电流或电压放大模块，测试低噪声电流放大系统背景噪声；

1.1）选择电流源适配以及对应的电流放大模块；

1.2）将低噪声电流放大模块输入短接，对采集卡选择对应端口进行采集，观察时域波形，逐步增大低噪声放大增益G_I，观察到明显的噪声信号后暂停；

1.3）设置采样率、采样数，此时采样率可以设置成采集卡最大采样率f_M，采样数至少是采样率的20倍以上，一般可设置成50；

1.4）按照步骤1.3）设置的参数进行采样，按照步骤1.2）中低噪声电流放大系统的增益G_I使后续数据对增益进行对应处理得并得到功率谱密度，并且进行多次平均得到系统背景噪声S_Ci，平均次数最大值是步骤1.3）中采样数与采样率的倍数；

1.5）选择电压源适配以及对应的电压放大模块，对于电压放大模块的系统背景噪声S_Cv的测试参考1.2）~1.4）步骤

1.5.1）将低噪声电压放大模块输入短接，对采集卡选择对应端口进行采集，观察时域波形，逐步增大低噪声放大增益G_V，观察到明显的噪声信号后暂停；

1.5.2）设置采样率、采样数，此时采样率可以设置成采集卡最大采样率f_M，采样数至少是采样率的20倍以上，一般可设置成50；

1.5.3）按照步骤1.5.2）设置的参数进行采样，按照步骤1.5.1）中设置的噪声电压放大的增益G_V使后续数据对增益进行对应处理得并得到功率谱密度，并且进行多次平均得到系统背景噪声S_Cv，平均次数最大值是步骤1.5.2）中采样数与采样率的倍数；

步骤2，测试样品的阻值R_样

2.1）将样品接入到电路适配模块中，加以直流电压V_样；