台面PN结InSb红外探测器响应时间研究

分析了光伏In Sb探测器响应时间与量子效率、反向饱和电流的关系,设计出量子效率为0.61~0.56、响应时间为20~60 ps的锑化铟(In Sb)红外探测器,实验制备了台面p~+-on-n结构的探测器。通过I-V、C-V测试验证了制备的器件物理参数与设计值吻合。采用脉冲响应测试了In Sb探测器的响应时间(0.3μs),由于封装和其他分布电容的限制,响应时间测试值与理论计算值存在差距。     

InAs/GaSbⅡ类超晶格红外探测器量子效率计算研究

首先分析了量子效率计算的相关理论,然后分析利用红外中波In As/Ga SbⅡ类超晶格材料进行光伏探测器研制,在对器件进行电学性能测试及光谱响应测试基础上,利用理论分析和测试数据计算出研制器件的实际电流响应率,再将实际电流响应率与理论分析的电流响应率相比,同时消除芯片表面Si O2钝化层光学透过率的影响,计算出器件对红外波段2~6μm辐射响应的量子效率最高可达35%,达到了国外同类型器件响应的量子效率指标。本文的研究为评价In As/Ga SbⅡ类超晶格红外探测器的光电转换性能提供了一种有效的方法。     

InP基In0.53Ga0.47As光电探测器的量子效率优化

建立了不同结构的InP基PIN型In0.53Ga0.47As探测器光响应的物理模型.通过引入收集效率函数,模拟计算了探测器量子效率和光响应.采用该模型分别研究了正面进光和背面进光情况下典型的In0.53Ga0.047As/InP PIN探测器的结构参数对器件量子效率的影响.在此基础上提出了两种改进的背照射InGaAs/InP探测器结构,并讨论了其结构参数的优化.     

中红外GaInAsSb PIN多结光伏探测器设计与数值模拟

从非平衡载流子的扩散 -复合理论出发 ,提出 PIN多结探测器材料结构 ,并建立了理论模型进行定量计算 ,从理论上解决了不能同时兼顾增大量子效率与光电增益和降低噪声的矛盾。利用该模型对 Ga In As Sb材料体系作了数值模拟 ,单结器件性能的计算值和实测值基本吻合 ,并根据多结器件模拟结果设计了工作于2 .4μm波段的 Ga In As Sb PIN多结材料结构     

背照式CCD量子效率的工艺仿真研究

使用Silvaco软件建立了背照式CCD仿真模型,利用该模型进行了工艺和器件仿真,研究了背面减薄、背面掺杂、界面陷阱和增透膜对背照式CCD量子效率的影响.仿真结果表明:界面陷阱和硅表面反射是量子效率损失的重要原因.在完全去除过渡区后,利用峰值位于表面且具有高杂质浓度梯度的背面掺杂和适当的单层增透膜,可荻得峰值在90％以上的量子效率.     

可见增强的32×32元平面型InGaAs/InP面阵探测器

为了实现In Ga As探测器响应波段向可见增强,在传统的外延材料中加入一层In Ga As腐蚀阻挡层,制备了32×32元平面型In Ga As面阵探测器,采用机械抛光和化学湿法腐蚀相结合的方法,去除了In P衬底.结果表明,探测器的响应波段为0.5~1.7μm,室温下在波长为500 nm处的量子效率约为16%,850 nm处量子效率约为54%,1 550 nm处量子效率约为91%.暗电流大小与衬底减薄之前基本保持一致.理论分析了材料参数对器件量子效率的影响,为进一步优化可见波段探测器的量子效率提供了依据.     

液氮冲击中InSb焦平面探测器热应力计算

液氮冲击中In Sb焦平面探测器的局部分层、局部碎裂制约着其成品率的提高。为分析液氮冲击中发生在In Sb焦平面探测器中的潜在失效模式,我们借助C.H.Hsueh提出的适用于弹性多层体系热应力计算理论,结合In Sb焦平面探测器的典型结构,忽略铟柱阵列的影响,得到了In Sb焦平面探测器中心区域热应变和热应力沿厚度方向的分布。依据热应变和热应力分布,我们认为液氮冲击中In Sb芯片和底充胶均处于拉应力状态,硅读出电路上边2/3部分处于压应力状态,下边1/3部分处于拉应力状态。整个探测器四角往上翘曲,中心区域往下凸起。这些计算结果为后续探测器组件封装中平衡复合物结构的设计提供了理论参考。     

新型Sb基二类超晶格红外探测器

InAs/Ga(In)SbⅡ类超晶格材料由于特殊的二型能带结构,可以通过人造低维结构获得类似于体材料的带间吸收,从而获得较高的量子效率;另外,通过调节材料参数调节能带结构,器件响应波段可调;通过能带结构设计抑制俄歇复合,获得较小的暗电流和较高的器件性能。因为以上特有的材料性能和器件特性,Sb基二类超晶格在国际上被认为是第三代红外焦平面探测器的优选材料。对二类超晶格材料的设计和器件特性进行了研究,设计了峰值波长4μm的nBn结构的中波红外探测器,在没有蒸镀抗反膜的条件下,77 K温度下测试得到的峰值探测率为2.4×1011cm Hz1/2W-1,计算得到的量子效率为47.8%,峰值探测率已经接近目前的碲镉汞中波红外探测器器件性能。研究结果充分显示了二类超晶格优越的材料和器件性能。     

硅陷阱探测器在325～980nm波段的绝对光谱响应率和量子效率测定

为获得硅陷阱光电探测器在325～980 nm区间的绝 对光谱响应率和量子效率,采用低温辐射计对这一波段内的11个波长点处的 绝对光谱响应率 进 行了测量,其不确定度优于0.05%;利用Geist的经典量子效率模 型对硅 陷阱探测器的内量子效率进行了模拟,并与实验得出的内量子效率进行了比较 。 结果显示:在325～980nm 波段的中间部分,理论计算与实验测 得值 相对偏差小于0.03%。     

半导体量子点的发光性质研究

用PL谱测试研究了半导体量子点的光致发光性能,分析了不同In组分覆盖层对分子束外延生长的量子点发光特性的影响,及导致发光峰红移的原因.结果显示,In元素有效抑制界面组分的混杂,使得量子点的均匀性得到改善,PL谱半高宽变窄.用InAs覆盖的In0.5Ga0.5As/GaAs自组织量子点实现了1.3um发光.     

锑化铟红外探测器的微透镜阵列设计及试验

台面型锑化铟红外焦平面探测器的制作工艺简单,量子效率高,但是填充因子较低且会随着像元尺寸的减小而进一步降低。减小台面腐蚀深度可以提高探测器的填充因子,但会增大串音。介绍了一种新型微透镜阵列的设计与制备方法,以提高锑化铟红外探测器的填充因子并减小串音。与现有的热回流微透镜阵列相比,该微透镜阵列的填充率、表面粗糙度以及尺寸均匀性能得到了较好的兼顾,可直接在锑化铟红外探测器表面制作,工艺简单。结果显示,探测器的串音降低26%,光响应提高22%。     

Quantum efficiency and crosstalk of an improvedbackside-illuminated indium antimonide focal-plane array

The quantum efficiency and crosstalk of backside-illuminated indium antimonide photodiodes in hybrid focal plane arrays are calculated. An improved structure with crosswise ohmic contacts at the backside of the thinned InSb substrate is described. The simulations predict a significant reduction in the crosstalk while retaining high quantum efficiency     

基于InSb的新型红外探测器材料（特邀）

InSb单晶是制备工作于中波红外大气窗口（3~5 μm）光子型探测器的典型光电转换材料,采用该单晶材料所制备的InSb红外探测器以高性能、大规格像元阵列、高稳定性和相对低成本为特点,广泛应用于军用红外系统和高端民用红外系统领域。然而,InSb 红外探测器响应波长范围固定不可调节、响应仅限于短中波红外而对长波红外无响应、相对有限的载流子寿命制约器件高温工作性能等固有特点,限制了该型探测器在工程中的广泛应用。文中系统地介绍了基于InSb材料人们为改进上述不足所开展的新型材料及其光电响应方面的研究结果。这些材料主要包括:采用合金化方法改变InSb组分形成新型多元合金材料、采用量子结构形成新型低维探测材料。对于新型合金材料,介绍了材料的合金相图、带隙与合金组分的关系、带隙的温度关联特性,并给出采用该材料制备器件的典型光电性能;对于量子结构材料,介绍了材料的制备方法、带隙与量子尺寸的关系,以及采用该材料制备原型器件的典型光响应特性。最后,对新型InSb基红外探测材料与器件的发展趋势、关键问题、研究重点进行了探讨。     

Performance Optimization of InSb Infrared Focal-Plane Arrays with Diffractive Microlenses

In this paper, diffractive microlens arrays are studied to concentrate incident light onto the effective photosensitive area of InSb infrared focal-plane arrays and thus enhance the quantum efficiency and reduce the crosstalk. Four designs of diffractive microlenses are investigated by a phase-matched Fresnel-elements approach. The quantum efficiency and crosstalk of the devices are calculated by using a two-dimensional device simulation with unit cell of 50 μm. Light propagation through the diffractive microlenses is simulated by the finite-difference time-domain method based on a rigorous vector solution of Maxwell’s equations. The results show that the highest quantum efficiency of the device with a diffractive microlens array is about 51.6% and the corresponding crosstalk is 5.06%. The quantum efficiency is 2.1% higher than that of the device with a spherical refractive microlens array.     

高质量5 in InSb单晶生长

锑化铟(InSb)焦平面探测器是中波红外探测领域应用广泛的一种探测器。作为制备探测器的基础,InSb晶体材料的质量和性能显得尤为重要。近年来InSb晶体材料在向高质量大尺寸方向发展。通过多举措坩埚设计和温场条件设计,采用直拉法生长了直径大于135 mm的InSb单晶。测试结果表明,5 in晶片的位错腐蚀坑密度小于50 cm^-2,双晶衍射峰的半峰宽为8.32 arcsec,晶体具有相当好的完整性。通过优化生长工艺参数,晶体生长过程中具有较为平坦的固液界面,表现出良好的径向电学均匀性。这为制备低成本和超大规模InSb红外探测器阵列奠定了基础。     

表面预处理对InSb钝化层界面的影响

本文介绍了采用不同的方法对InSb表面进行表面预处理,来改善InSb钝化膜层的电学性能。通过对InSb MIS结构进行C-V测试来评价不同方法预处理制备的钝化结构的电学特性。结果表明等离子预处理能明显改善InSb衬底和钝化层之间的界面性能,尤其是选用N2O等离子预处理InSb衬底表面,在控制界面陷阱和减少钝化层固定电荷方面,效果更明显,有利于提高InSb红外器件的可靠性。     

锑化铟红外焦平面探测器发展现状

近年来,红外探测器技术发展迅速,在国防、气象、红外遥感和航空航天等众多领域应用广泛。作为中波红外波段最重要的探测器之一,锑化铟(InSb)红外焦平面探测器具有量子效率极高、暗电流小、器件响应线性度高、稳定性好、灵敏度极高等特点,因此备受人们的关注和重视。InSb焦平面探测器性价比高,优势十分突出,其快速发展在很大程度上提高了红外整机性能,同时还覆盖了导弹精确制导、卫星预警探测、机载搜索侦察、红外成像及消防、医疗、电力检测、工业测温等军民两用领域。梳理了国外发达国家在InSb红外焦平面探测器方面的研究情况,分析了其发展方向并对发展前景及趋势进行了展望。     

含氧等离子体对低温CVD沉积SiO2钝化性能的改善

对InSb探测器芯片的退化机理进行讨论 ,提出了SiO2 钝化膜中悬键形成的一种新模式 ;为进一步减少界面陷阱及界面态 ,采用含氧原子的等离子体来处理芯片 ,取得了良好效果 ,含氧等离子气氛由N2 O气体高频电离获得。处理后的InSb探测器芯片I V特性明显好转 ;Au/Cr SiO2 InSbMIS结构的C V曲线下降坡明显变陡 ,曲线回滞明显变小 ;红外吸收谱表明SiO2 钝化膜中 H键及 OH键的数量明显减少。     

高斯激光辐照焦平面探测器温度场分析与仿真

为了研究激光辐照焦平面探测器的温度效应,采用ANSYS有限元软件建立高斯脉冲激光辐照锑化铟红外焦平面探测器的3维结构分析模型,并对该探测器3维温度场效应进行了研究。结果表明,激光辐照下,探测器最大温度出现在最上层的锑化铟芯片上,探测器最大温度达到锑化铟芯片熔点温度798K时,将会引起探测器的热熔融损伤,且熔融损伤阈值受到脉宽、光斑半径等激光参量的影响;高斯脉冲激光辐照下,探测器中各层材料的温度场分布呈现出非连续的高温极值区域,其主要原因是位于锑化铟红外焦平面探测器中间层相间分布的铟柱和底充胶具有迥异的热学性质,并且造成探测器温度场云图中锑化铟芯片、底充胶与硅读出电路高温极值区域形成类似于互补的高温分布。这为进一步研究温升效应引起的应力场分布、提高探测器激光防护性能提供了重要的理论分析依据。     

CW CO2激光对PV型InSb探测器的破坏效应

通过测量光伏型锑化铟探测器在不同功率密度、不同辐照时间的CW CO2激光辐照时性能的变化,得到其破坏阈值区间.理论上用一维热模型计算了探测器在激光辐照过程中的温升,结果表明,PV型InSb探测器的破坏效应源于连续波激光辐照过程中温升达到InSb材料熔点时其pn结退化为电阻.