1、焦電材料（pyroelectric materials）,前言,所謂焦電材料乃是指材料本身在沒有外界的電場下，自身能夠具有電偏極化的能力。 每一個單位晶胞都具有電偶極。必需加熱之後才可以顯示出電偶極的值。 在平常時其電偶值被材料表面所吸附的離子和電子給中和了，當材料加熱後會將這些表面的電荷趕走，導致原本的電偶極顯現出來,只不過這種電偶極其值都不大，其原因乃是內部每一個電偶極方向都不一致,最後平均下來就變得非常小了。,焦電現象,焦電現象係一種熱能轉換為電能的現象，是經由外界溫度的變化所造成材料本身自發極化量(Spontaneous Polarization)的改變，進而誘導表面電荷累積的現象。焦
2、電性的主要兩個條件為材料內部存有可隨溫度變化的電偶極矩存有溫度的變化,自發性極化與溫度變化之關係可以用焦電係數 來表示，定義如下 :,焦電性材料,具有本質電極化的物質，且此極化量為一溫度變化函數。而其方向可隨外加電場而轉換。當溫度到達居里溫度Tc時，亦呈現極化量為零的現象。,圖(a)極化量對溫度的變化曲線圖(b)各種鐵電材料的自發性極化隨溫度的變化情形,表一將目前常見且具有使用價值的焦電材料做一完整的整理。其中Mv為感測特性的優值指標，定義如下:S為單位體積比熱， 為介電常數當材料的阻抗不是很大時，則介電損失須列入考量，則優值指標可以Mo表示如下:,五種常見的鐵電性焦電材料介紹,1.TGSTG
3、S是無色水溶性晶體，利用水溶液沉積法生長。主要缺點有易受潮性。易脆裂性及甚低的Tc值 ; 優點則為甚高靈敏度，尤其在小型檢知及較低頻元件使用上，擁有最高的偵測率(Detectivity)。,2.鉭酸鋰此材料之焦電係數較低而介電常數卻較高，導致其檢知感度較遜於TGS。然而此材料卻具有甚高Tc(618 c)值及難溶水性的優點:所以亦具應用價值，尤其可應用於較寬溫度範圍的檢知情形。它的成長方法為柴氏拉晶法，由此可得品質甚好的單晶材料，但切割時之易碎特性使得處理時宜格外謹慎。,3.SrxBa1-xNb2O6SBN是固態溶液晶體，其中X值的範圍可介於0.25到0.75之間。SBN材料可以提供不同大小尺寸
4、的偵測器之調變及考量。生長方法亦是柴氏拉晶法，但受限於大尺寸質優晶體成長的因雛，因此不易有較大面積偵檢元件的製備及運用。,4.焦電陶瓷這是由鋯酸鉛(PZ)、鈦酸鉛(PT)及其他類似氧化物組合而成的龐大範圍之固溶液陶瓷材料 ; 而此類型的材料已被廣泛地研究及發展。其中鈦鋯酸鉛(PZT)，它的運用除大面積方面稍遜於LT晶體外，其餘均可與之比擬、甚或有所超越。,5.PVDFPVDF是一種外觀類似聚氯乙烯的塑膠薄膜的有機材料。主要應用於大面積及較高頻的偵測元件上，但運作情形是諸項材質中最差的 : 而其之所以能具應用價值乃在於此元件製作時不需切割，研磨及拋光等程序，即最低成本及最快取得的特性。,焦電材料
5、的選擇與判斷,一定離不開偵檢器的大小及所操作的頻率之高低 ; 此外尚需考量環境的因素，例如使用時的溫度範圍，最大入射能量的大小及其成本的高低等。,下面將就上述之五種材料的偵測率(Spec-ific Detectivity)D*數值來比較，D*之定義為 A為面積，NEP則係雜訊等效功率此數值計算所依循的條件為 :頻率 : 從0.1Hz到10KHZ ，偵檢器面積 : 分別為100mm2 ，1 mm2及0.01mm2 。厚度 : 30um 溫度定於290K,一般用於感測熱能或溫度變化的原理有焦電效應(Pyroeletric Effect)量子效應(Quantum Effect)熱電效應(Thermoelectric Effect)熱電效應，需要較長的熱平衡時間，因此反應時間比較慢。量子效應，多半是半導體材料，有特定的能隙，只吸收特定波長的光，因此偵測的範圍有限。,
