短波红外焦平面探测器及其应用进展

简要介绍短波红外焦平面阵列(SWIRFPA)的相关概念,从探测器材料、探测器制备工艺方面讲述国内外在短波红外焦平面探测器研究领域取得的进展,列举HgCdTe和InGaAs材料短波红外焦平面探测器产品,描述当前短波红外焦平面探测器的研究动向,最后列举了一些有代表性的短波红外焦平面阵列的应用.     

InGaAs焦平面探测器成像组件的设计与实现

针对InGaAs短波红外成像在军事装备、安全防范和工业检测等领域中的应用,提出了一种基于FPGA技术架构的InGaAs焦平面探测器组件的设计方案.讨论了InGaAs焦平面探测器的时序驱动、TEC温控、非均匀性校正、图像增强和自动曝光等关键技术的实现方法.经试验验证,依据该方案研制出的InGaAs焦平面探测器成像组件灵敏度高、对比度好、透雾效果明显.     

短波红外InGaAs焦平面研究进展

围绕新一代遥感探测仪器应用需求,中国科学院上海技术物理研究所在短波红外InGaAs焦平面探测器领域取得了一系列进展.通过低缺陷外延材料、焦平面芯片制备工艺和低噪声读出电路技术研究,研制实现了最大规模达2560×2048元的10μm中心距1～1.7μm InGaAs焦平面探测器,峰值探测率优于1.0×1013 cmHz1...     

航天InGaAs短波红外探测器步进应力加速寿命试验研究

随着航天应用InGaAs短波红外探测器的迅速发展,其可靠性问题日益突出。选择温度为加速应力,通过步进应力加速寿命试验方法对800×2双波段集成的InGaAs焦平面探测器进行了研究,获得了InGaAs焦平面模块失效机理保持不变的最大温度应力范围和失效模式,利用温度斜坡模型计算得到了样品的失效激活能,为进一步研究该器件的可靠性问题提供了依据。     

短波红外InGaAs焦平面噪声特性

为研究铟镓砷焦平面的噪声特性,设计了两种不同吸收层掺杂浓度的InGaAs外延材料,采用标准工艺制备了平面型160×128元光敏芯片,并与相同结构的读出电路倒焊耦合形成160×128元焦平面,采用改变积分时间和改变器件温度的方法,测试焦平面的信号与噪声.通过研究不同材料参数、器件性能与焦平面噪声的关系,定量分析了短波红外InGaAs焦平面的噪声特性.结果表明,焦平面噪声主要来源于焦平面耦合噪声和探测器噪声,降低InGaAs外延材料吸收层的掺杂浓度,可以有效降低探测器电容,从而降低焦平面的耦合噪声;而探测器噪声由探测器暗电流和工作温度影响,该噪声在长积分时间下决定了焦平面的总噪声水平.实现低暗电流、低电容特性的光敏芯片是降低焦平面噪声的有效途径.     

美国研制热电制冷短波长波双波段红外量子点光电探测器

目前,大部分短波红外和长波红外多光谱相机系统都是依靠不同的传感器进行各自波段的探测的。短波红外波段和长波红外波段一般分别采用InGaAs探测器和微测辐射热计探测器。这种双焦平面阵列结构中的两个焦平面必须并排     

短波红外InGaAs焦平面探测器的技术进展

InGaAs焦平面阵列探测器是短波红外(SWIR)窗口获取目标信息的主流成像器件,具有灵敏度高、可室温工作的典型技术特征,作为一类重要的军民两用技术,在军事装备、安全防范、工业检测和空天遥感等领域需求明确,应用前景广阔.文章简述了短波红外InGaAs焦平面探测器的技术进展与主要应用概况,并对该技术的发展前景进行了展望.     

InGaAs纳米线雪崩焦平面探测器发展研究

基于InGaAs纳米线的光电探测器,由于其优异的性能而受到广泛的关注和研究。综述了InGaAs纳米线光电探测器的探测机理、材料结构、器件性能和当前的研究现状。讨论了InGaAs纳米线雪崩焦平面探测器结构设计、纳米线材料精密生长、纳米线材料的界面与缺陷控制、纳米线雪崩焦平面器件制备工艺等关键技术。对发展高光子探测效率、低噪声、高增益InGaAs纳米线雪崩焦平面探测器的前景进行了展望。     

红外焦平面阵列技术的发展现状

文章评述各种红外焦平面阵列技术的发展现状,其中,光量子型红外焦平面阵列包括Ⅱ-Ⅵ族HgCdTe三元化合物阵列、Ⅲ-V族InSb二元、InGaAs和GaAiAs三元化合物阵列、PtSi和非本征硅阵列技术,热型红外焦平面阵列包括Si、金属微测热辐射计、多晶硅热电堆和钡锶钛(BST)等热释电-铁电阵列,展望了该技术的发展前景。     

集成偏振近红外焦平面探测器研制与信噪比分析

面向近红外波段隐蔽目标识别应用,基于InGaAs近 红外焦平面阵列,利用焦平面像元分组方法,研 制了一种单片集成微偏振元阵列的InGaAs焦平面探测器。本文器件利用电子束直写与金属刻 蚀工艺制备的金 属纳米线阵列实现偏振态选择,实验测试平均消光比为8.05。研究结 果表明,光串扰在很大程度上降低了消 光比,对偏振图像的暗部细节的解析度也产生了不利影响;金属纳米线本身的不完整性不但 造成了信噪比(SNR)下降,也制约了光响应动态范围。     

InGaAs短波红外探测器研究进展

InxGa1-xAs材料属于Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体合金材料,随In组分含量的不同,其光谱响应的截止波长可在0.87～3.5μm范围内变化,并具有高量子效率,加之成熟的MBE和MOVCD材料生长方式,很容易获得大面积高质量的外延材料,InGaAs材料因此成为一种重要的短波红外探测材料。InGaAs探测器可以在室温或近室温下工作,且具有较高的灵敏度和探测率,是小型化、低成本和高可靠性的短波红外探测系统的最佳选择,因此InGaAs短波红外探测器获得了飞速的发展和广泛的应用。同时对国内外InGaAs焦平面探测器发展状况和趋势进行了介绍。     

短波红外InGaAs焦平面探测器研究进展

短波红外InGaAs焦平面探测器具有探测率高、均匀性好等优点,在航天遥感、微光夜视、医疗诊断等领域具有广泛应用。近十年来,中国科学院上海技术物理研究所围绕高灵敏度常规波长（0.9～1.7 μm） InGaAs焦平面、延伸波长（1.0～2.5 μm） InGaAs焦平面以及新型多功能InGaAs探测器取得了良好进展。在常规波长InGaAs焦平面方面,从256×1、512×1元等线列向320×256、640×512、4 000×128、1 280×1 024元等多种规格面阵方面发展,室温暗电流密度优于5 nA/cm2,室温峰值探测率优于5×1012 cm·Hz1/2/W。在延伸波长InGaAs探测器方面,发展了高光谱高帧频1 024×256、1 024×512元焦平面,暗电流密度优于10 nA/cm2和峰值探测率优于5×1011 cm·Hz1/2/W@200 K。在新型多功能InGaAs探测器方面,发展了一种可见近红外响应的InGaAs探测器,通过具有阻挡层结构的新型外延材料和片上集成微纳陷光结构,实现0.4～1.7 μm宽谱段响应,研制的320×256、640×512焦平面组件的量子效率达到40%@0.5 m、80%@0.8 m、90%@1.55 m;发展了片上集成亚波长金属光栅的InGaAs偏振探测器,其在0 °、45 °、90 °、135 °的消光比优于20:1。     

近红外256×1元InGaAs焦平面探测器无效像元研究

采用分子束外延方法生长的PIN型InP/InGaAs/InP双异质结材料制备了正照射256×1元近红外探测器,并与128×1奇偶两路读出电路互连,制备了近红外256×1元焦平面探测器.针对近红外InGaAs焦平面探测器中的无效像元问题,通过光学显微镜、扫描电镜和电学测试将无效像元进行分类,并分析了无效像元产生的原因.研...     

利用LBIC技术对InGaAs平面结器件结区特性的研究

室温铟镓砷(InGaAs)焦平面技术在航天工业上的应用越来越广泛，铟镓砷(InGaAs)焦平面列阵中探测器的尺寸正不断减小，这使得常规工艺形成的光伏探测器，其有效光敏元面积扩大的问题越来越突出。本文利用激光诱导电流检测(LBIC)系统测试了平面结InGaAs(PIN)探测器芯片的光敏元，证实了有效光敏面扩大的存在。从实验结果看，掺杂离子的横向扩散和结区的侧向收集效应，是平面工艺形成的光伏器件光敏元面积扩大的主要因素，并利用得到的实验数据拟合求出了器件少子的扩散长度。     

红外焦平面探测器阵列规格的发展

红外焦平面探测器阵列规格的发展是一个从疏到密、从小到大的过程,受到大面积探测器材料生长和小像元制备等因素的限制。战略焦平面阵列一般用于探测点源目标,而战术焦平面阵列则一般用于探测扩展源目标。从相关的基本概念出发,分析了焦平面阵列规格的发展过程,讨论了作用距离与焦平面阵列规格之间的关系。由于电视格式基本固定,在战术焦平面阵列实现全帧格式以后,其规格进一步增加的势头即便不是停止,也必将会趋缓。但是另一方面,因为焦平面阵列的规格越大,其居高临下而一次看到的面积就越广,所以战略焦平面阵列将会继续向超大规格发展。     

Large Format AlInAs–InGaAs Quantum-Well Infrared Photodetector Focal Plane Array For Midwavelength Infrared Thermal Imaging

We report the first large format (640times512) AlInAs-InGaAs quantum-well infrared photodetector (QWIP) focal plane array (FPA), and investigate the characteristics of AlInAs-InGaAs QWIPs both at pixel and FPA level. The measurements on the detectors fabricated with molecular beam epitaxy grown epilayer structure including 30 InGaAs quantum wells (26 Aring thick, N_D=2times10¹⁸ cm^-3) yielded very promising characteristics. The detectors with lambda_p=4.2 mum and Deltalambda/lambda_p=25% displayed a background-limited performance temperature as high as 105 K with f/2 aperture. The noise equivalent temperature difference of the FPA is as low as 23 mK (f/1.5) at 105-K sensor temperature with 99.6% operability. These results are comparable to the best results reported for AlGaAs-InGaAs midwavelength infrared QWIPs showing the promise of this material system for completely lattice-matched multiband QWIP FPAs.     

Design and development of multicolor MWIR/LWIR and LWIR/VLWIR detector arrays

Multicolor infrared (IR) focal planes are required for high-performance sensor applications. These sensors will require multicolor focal plane arrays (FPAs) that will cover various wavelengths of interest in mid wavelength infrared/long wavelength infrared (MWIR/LWIR) and long wavelength infrared/very long wavelength infrared (LWIR/VLWIR) bands. There has been significant progress in HgCdTe detector technology for multicolor MWIR/LWIR and LWIR/VLWIR FPAs.^1–3 Two-color IR FPAs eliminate the complexity of multiple single-color IR FPAs and provide a significant reduction of weight and power in simpler, reliable, and affordable systems. The complexity of a multicolor IR detector MWIR/LWIR makes the device optimization by trial and error not only impractical but also merely impossible. Too many different geometrical and physical variables need to be considered at the same time. Additionally, material characteristics are only relatively controllable and depend on the process repeatability. In this context, the ability of performing “simulation experiments” where only one or a few parameters are carefully controlled is paramount for a quantum improvement of a new generation of multicolor detectors for various applications.     

短波红外单光子探测器的发展(特邀)

InP/InGaAs短波红外单光子探测器(SPAD)是目前制备技术较为成熟且获得广泛应用的单光子探测器,通过半导体热电制冷(TEC)即可达到的工作温度(-40℃左右),具有体积小、成本低,方便安装和携带的应用优势;另外,基于常规半导体二极管的芯片制造工艺很容易实现大面阵单光子阵列,除了探测信号,还具备三维数字成像功能。国外包括美国、瑞士、意大利、韩国、日本等对InP/InGaAs SPAD进行了长期持续的研究,目前已研制出单管的货架产品,性能还在不断的优化和改进之中,其单光子探测器阵列呈现了清晰的三维成像效果,正在逐步应用。国内包括重庆光电技术研究所、中国科学院上海技术物理所、西南技术物理研究所、中国科学技术大学、云南大学等对InP/InGaAs SPAD芯片先后进行了器件设计和器件制备研究,目前单管的性能已经达到与国外报道相当的性能。国内单光子探测器阵列的研究获得了一定的进展,但芯片规模和器件性能有待提升。文中对国内外InP/InGaAs短波红外单光子探测器的发展,在设计和研制中存在的问题,以及近10年来的优化改进进行了介绍,重点介绍了高温、高速以及单光子焦平面阵列的发展,并结合新颖...