Kombinovaný detektor pro viditelné a infračervené záření

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá studiem, návrhem, výrobou a charakterizací kombinovaného detektoru pro viditelné a infračervené záření. Byla provedena rešeršní studie na dané téma. S několika mezikroky byl dosažen hlavní výsledek této práce v podobě návrhu, výroby a následné charakterizace kombinovaného detektoru. Pro citlivost na viditelnou oblast byl využit efekt elektrického svodu na rozhraní kov/oxid křemičitý/křemík a pro infračervenou oblast byl využit nechlazený mikrobolometr, který obsahoval plazmonické antény pro zesílení absorpce pomocí silné vazby vybuzené mezi lokalizovanými povrchovými plazmony zlatých antén a fonony tenké dielektrické vrstvy oxidu křemičitého. Vícekroková výroba probíhala za pomocí elektronové litografie a depozic tenkých vrstev. Všechny vzorky byly vyráběny na křemíkovém substrátu, ale lišily se tloušťkou a způsobem přípravy oxidu křemičitého a materiálem citlivých prvků (meandry). Vzorky prvního typu měly titanové meandry na termální vrstvě oxidu křemičitého. Vzorky druhého typu měly platinové meandry na napařované vrstvě oxidu křemičitého. Měřením elektrického odporu bylo zjištěno, že u titanových meandrů klesal odpor s rostoucí teplotou, což odpovídá polovodičové odezvě. Platinovým meandrům odpor s teplotou rostl, což je očekávatelné u kovů. Výsledný kombinovaný detektor reagoval výrazně na viditelné světlo a také na ohřev horkou plotýnkou, ale reakce na infračervené záření černého tělesa nezjištěna.

This diploma thesis focuses on the study, design, fabrication, and characterization of a combined detector for visible and infrared radiation. A literature review was conducted. The main result was achieved through several intermediate steps: the design, fabrication, and characterization of the detector. Sensitivity to visible light was based on electrical conduction (leakage current) at the metal/silicon dioxide/silicon interface, while infrared detection used an uncooled microbolometer with plasmonic antennas to enhance absorption via strong coupling between localized surface plasmons of gold antennas and phonons in the thin silicon dioxide layer. The multi-step fabrication involved electron beam lithography and thin-film deposition. All samples were made on silicon substrates, differing in silicon dioxide layer thickness and its preparation, and meander materials. Type one samples had titanium meanders on thermal silicon dioxide. Type two had platinum meanders on evaporated silicon dioxide. Resistance measurements showed that titanium meanders had decreasing resistance with rising temperature (semiconductor behaviour), while platinum meanders showed increasing resistance (metallic behaviour). The final detector responded strongly to visible light and heating on a hot plate, but not to infrared radiation from a blackbody source