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整合掃描電路與128x128鈦酸鉛鈣焦電薄膜紅外線陣列式感測元件製作熱影像系統之研究

為了解決ro gm指令的問題，作者劉汶錦 這樣論述：

本論文利用MEMS製程技術製作焦電型鈣鈦酸鉛128×128像素紅外線感測元件，並結合焦電薄膜與金氧半場效電晶體，且利用自行製作的讀取電路並改善交錯式電極之走線方式，藉此方式建構128×128像素紅外線熱影像掃描感測系統並加以整合。我們運用焦電材料特性結合MOSFET的元件特性，採用具有焦電特性的鐵電體陶瓷材料 Pb0.7Ca0.3TiO3之靶材比例，以達到良好之焦電薄膜之參數與特性，並使用射頻磁控濺鍍系統在FET的閘極絕緣膜上沉積焦電薄膜，再經由退火處理獲得完整所需之焦電薄膜。在焦電層薄膜元件特性方面Pb0.7Ca0.3TiO3薄膜之殘餘極化量為20 μC/cm2，矯頑電場為15 kV/cm

;量測I-V特性曲線，得到元件之轉導增益gm為0.28 mA/V。本論文利用黑體爐做為訊號源量測紅外線感測元件，當頻率達1Hz時會有最大之電壓響應1.37x105 V/W，元件響應時間為58.8ms，歸化偵測率為5.96x106 cmHz1/2W-1。在影像掃描系統量測方面，利用透鏡將鹵素光源聚焦在2.2cm×2.2cm的128x128像素的感測晶片上，搭配讀取電路將照光前後之訊號變化轉換成數位訊號傳送至電腦端程式讀取。電路製作上利用OrCAD與Allegro軟體設計並完成製洗電路板。電路讀取設計上，為達到電路體積縮小化，採用串列阜I/O擴充 IC，讀取電路之MCU採用I2C方式控制MX730

0AAX之擴充IC，讀取指令將感測器的訊號傳至IC利用電壓位準判讀方式判讀完再把資料透過UART傳送至電腦端，最後再透過Labview程式顯示影像，完成紅外線動態影像之量測。