焦電感測器之電極設計

Electrode Design for Pyroelectric Sensors

黃聖文(Sheng-Wen Huang)

指導教授 ： 蕭俊卿

國立虎尾科技大學/工程學院/機械設計工程研究所/碩士(2012年)

https://doi.org/10.6827/NFU.2012.00182

摘要

本研究利用有限元素模型模擬分析氧化鋅薄膜焦電感測器之時變溫度場。由結果得知，當氧化鋅薄膜厚度越薄時，改變電極寬度所能改善時變溫度場的程度將更加明顯。氧化鋅薄膜厚度為200 nm時，電極寬度為1 μm明顯提高時變溫度率，並達到飽和約為27 ％，而氧化鋅薄膜厚度越薄時，其最佳電極寬度越小。減少氧化鋅薄膜厚度能明顯提高時變溫度率及縮短響應時間，並且最佳電極寬度設計能更進一步提高時變溫度率，當氧化鋅薄膜較薄時，電極寬度小於最佳尺寸時，反而降低時變溫度率。並且由實驗結果成功驗證模擬可靠度，證實電極寬度為設計焦電感測器時一個重要之關鍵參數。

關鍵字

氧化鋅 ； 焦電特性 ； 感測器 ； 時變溫度率

並列摘要

In this study, a finite element modeling is applied to simulate the temperature field of the multilayer ZnO pyroelectric devices. The results show that alterations to the electrode width to improve the temperature variation rate are more successful when the ZnO film thickness is reduced. The marked improvement in the temperature variation rate in the ZnO layer of 200 nm thickness indicates a saturation rate of about 27% when the electrode width is approximately 1 μm. Furthermore, the optimal electrode width is reduced when the ZnO film thickness is decreased. Decreasing the ZnO film thickness clearly increases the temperature variation rate and reduces the response time, an electrode with the optimal width further enhances the temperature variation rate. Moreover, the temperature variation rate significantly decreases for thinner ZnO films when the electrode width is smaller than the optimal value. In addition, an experimental result is successful to verify the simulation results, and the electrode width is a critical parameter for designing a pyroelectric sensor.

並列關鍵字

Zinc oxide ； Pyroelectricity ； Sensor ； Temperature variation rate

參考文獻

[1] 王星強，「多層薄膜氧化鋅焦電感測器之殘留應力分析」，國立台灣科技大學機械工程系，碩士論文，民國97年。

[2] 曾增春，溫度量測學，初版，科技圖書股份有限公司，民國72年。

[3] S. M. Sze, Semiconductor sensors, John Wiley & Sons Inc, 1994.

[4] 劉俊廷，「砷化銦金屬絕緣體半導體電容與紅外線光偵檢器之研究」，國立台灣大學電機工程研究所，碩士論文，民國87年。

[5] A. Rogalski, “Infrared detectors：status and trends”, Progress in Quantum Electronics, 27, pp. 59-210, 2003.