InSb焦平面探测器的J-T制冷器

论述了InSb红外探测器制冷的必要性及所需的制冷温度，分析了InSb焦平面探测器对制冷的要求比分立引出（或单元）探测器更为严格的原因，指出InSb焦平面探测器的制冷温度在77－90K区间，其探测率变化不大；在137K时，分立引出（或单元）InSb探测器仍有较高输出信噪比，但这时焦平面探测器的SNR却有较严重的下降。试验表明，采用J－T节流制冷器的InSb焦平面探测器可以实现高性能。     

4英寸高质量InSb晶体生长研究

InSb晶体是制备中波红外探测器的重要材料。为了满足新一代超大规模阵列红外焦平面探测器的发展需求,开展了大尺寸InSb晶体的生长研究,解决了晶体生长的诸多关键技术,成功地生长出了直径为4 in的高质量InSb单晶,并加工出了高质量的4 in InSb抛光晶片。测试表明,直径大于120 mm的晶体长度超过100 mm,晶体位错密度小于100 cm^-2,其电学参数均匀,载流子浓度、载流子迁移率均满足制备高性能大规格红外焦平面探测器的要求。这为新一代超大规模阵列红外焦平面探测器的发展奠定了良好的材料基础。     

Si基InSb红外焦平面阵列探测器的研究

针对InSb 红外焦平面芯片中InSb 与Si 读出电路热膨胀系数不匹配导致芯片龟裂及铟柱断裂现象,开展了Si基InSb 红外焦平面探测器（FPA）的研究。运用磨抛减薄技术及金刚石点切削技术对芯片背面进行精确减薄,得到厚度为15m的InSb芯片;研究了在InSb芯片和Si片上溅射及蒸发减反膜工艺,得到InSb芯片和Si片粘贴后红外中短波光谱的透过率高达88%;对器件的整体工艺路线进行了探索,最终制备出Si基128128元InSb 红外焦平面探测器器件,测试结果表明:器件探测率、响应率及串音等性能指标达到传统工艺制备的器件性能指标;经温冲试验后测试器件结构保持完好,性能未发生变化,证明该工艺路线可解决芯片受应力冲击而产生的铟柱断裂及芯片龟裂的现象,可有效提高InSb焦平面探测器芯片的成品率。     

100 mm直径低位错密度InSb单晶生长研究

InSb是一种重要的中波红外探测器材料。为了满足更大规模、更高质量红外焦平面探测器的发展要求,对100 mm直径低位错密度InSb单晶的生长进行了研究。通过改良生长方法、优化籽晶、改进缩颈工艺、优化热场,最终获得位错密度小于等于100 cm-2、直径大于等于100 mm的大尺寸低位错密度InSb晶体。晶体沿晶棒从头到尾部的位错密度分布均匀,可用率高,能够满足大规模高质量红外焦平面探测器的使用需求。     

电感耦合等离子体刻蚀InSb芯片工艺的研究

随着InSb红外焦平面阵列探测器的发展,焦平面阵列规模不断增大,像元面积越来越小.湿法刻蚀因为其各向同性刻蚀的特点,导致像元的钻蚀严重,已经难以满足大规格InSb焦平面器件的要求.采用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀大规格InSb阵列芯片,研究不同腔体压力对刻蚀速率、表面形貌的影响及InSb表面残留聚合物的去除方法.     

4 in InSb晶片加工技术研究

在红外探测领域,InSb材料已经大规模地被用于制造3～5 μm波长范围的焦平面阵列探测器。对更大规模、更高性能探测器的需求日益增长,而该类探测器需要在更大尺寸、更高质量的晶片上制备。所以,对4 in InSb晶片加工技术进行了研究。通过优化研磨、抛光工艺参数,最终获得总厚度偏差小于等于10 μm、翘曲度小于等于20 μm、表面粗糙度小于1 nm、表面质量优的4 in InSb晶片,提高了加工效率,能够满足大规模高质量红外焦平面探测器的使用需求。     

基于高温热处理的InSb晶片性能研究

近年来,为了满足新一代百万像元、高集成度、高性能红外焦平面探测器的发展需求,人们对高晶格质量、高表面状态InSb晶片的要求越来越高。为了提高用生长态晶体加工的InSb晶片的性能,对晶片高温热处理进行了研究。通过采用特殊设计的晶片承载装置并结合相应的晶片热处理配合方法,优化了晶体生长态遗传的固有缺陷以及由晶片加工过程引入的加工缺陷;改善了InSb晶片的化学计量比,释放了晶片内部的残余应力;提高了晶格质量,优化了晶片整片的平面度,最终提高了InSb晶片的整体质量,为制备高性能大规格红外焦平面探测器奠定了材料基础。     

InSb薄膜分子束外延技术研究

InSb材料由于其优异的光电性能,一直是军事领域重要的红外探测器材料。而高温工作是InSb发展的一个重要方向,开发分子束外延InSb材料是实现高温工作的基础。本文采用分子束外延工艺生长获得了高质量的InSb薄膜,通过金相显微镜、X射线双晶衍射仪、原子力显微镜、SEM和EDX等检测手段对InSb外延膜进行表面缺陷、晶体质量表征和分析,并采用标准的InSb器件工艺制备128×128焦平面探测器芯片进行材料的验证,结果表明该材料性能可以满足制备高性能器件的要求。     

制冷焦平面探测器组件冷平台材料研究进展

红外焦平面探测器在航空、航天、军事等多个领域具有广泛应用。我国亟需发展大面阵、轻量化和高可靠性的红外焦平面探测器及其杜瓦组件。介绍了国内外红外探测器组件的冷平台材料选用情况,包括Fe-Ni膨胀合金、低膨胀高导热合金和新型陶瓷等。总结了红外焦平面探测器热失配应力的来源以及减小热失配应力的解决方案。最后给出了红外探测器研制过程中的冷平台材料选取建议以及在红外焦平面探测器组件发展趋势下需要重点研究的相关技术。     

InSb晶片的表面状态参数研究

随着InSb红外探测器的不断发展,像元数不断增加,线宽不断减小;在 采用外延工艺生长衬底时,人们对InSb晶片表面状态的要求也越来越高。主要讨论了 InSb晶片的表面状态参数及其相关的测试方法,列举了一些相关标准以及国内外厂家和研究机构对 表面状态参数的关注点,并找到了下一步的研发方向。该研究为生产更大规格的焦平面 探测器、提高探测器性能的稳定性以及给外延生长提供优质衬底打好了基础。     

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。     

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。     

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%。     

拼接红外探测器技术研究

红外探测器作为空间红外预警卫星的核心部件,随着红外探测器性能的不断提升,采用更大规模,更多谱段的红外探测器焦平面阵列是未来预警用红外探测器的发展趋势。通过多芯片,多谱段集成拼接制备出线列规模更长的红外探测器,以满足红外预警卫星大视场、高分辨率以及多光谱探测的能力。本文对国内外多芯片,多谱段拼接红外探测器组件发展现状以及技术路线进行对比,对小型化拼接探测器在其他领域的使用前景展望,最后点出大尺寸拼接红外探测器研制目前存在的主要问题。     

中波碲镉汞红外偏振焦平面探测器的制备研究（特邀）

针对隐身等多类高价值目标精确探测与识别以及探测技术持续发展需求,为实现复杂战场环境下的高概率真假目标识别和高精度目标检测、定位、跟踪,开展复杂战场环境下隐身及微弱特征目标探测及抗干扰探测等技术研究意义重大,其中高集成度的焦平面型偏振红外探测器技术是其中一个重要方向。围绕集成式中波（MW）256×256碲镉汞红外偏振焦平面探测器的研制,介绍了偏振结构的设计、制备到偏振探测器的集成,以及偏振探测器性能的测试等方面的研究进展状况,设计加工出了亚波长金属光栅阵列,采用倒装互连的方式实现了偏振探测器的集成,并在MW 256×256碲镉汞焦平面器件上实现了红外偏振性能的测试和评估。     

大直径高质量锑化铟单晶的生长研究

锑化铟单晶是制备3μm～5μm红外探测器的重要材料.为了适应红外焦平面探测器大规模化发展的趋势,我们开展了高质量3in锑化铟单晶的生长研究.本文解决了大直径锑化铟单晶生长的关键技术,讨论了3in锑化铟单晶生长过程中的多晶原料提纯问题,以及单晶电性能参数控制、位错密度控制和直径控制问题,并采用Czochraski法成功地在国内首次生长出直径为3in的锑化铟单晶.其中,直径大于3in的单晶长度超过100mm,单晶的位错密度小于100cm-2.试验结果表明:相对于其他半导体单晶生长位错密度沿晶棒增大的分布规律,我们得到的锑化铟单晶位错密度沿晶棒从头至尾递减,单晶尾部位错密度可小于50cm-2;同时单晶的电子迁移率、载流子浓度均满足制备高性能大规格红外焦平面探测器的要求.     

智能化红外焦平面应用前景与发展现状

智能化红外焦平面探测器的出现,依赖于先进的红外材料、器件技术和工艺水平以及集成电路技术和工艺的飞速发展；其能够针对不同的场景对探测器的工作状态进行自适应调整,而且在探测器上能够实现部分信号处理功能。智能化红外探测器的出现,大大提高了红外系统的灵活性,同时为日益复杂的探测场景提供了更加精准的探测能力。本文从智能化红外探测器应用的背景需求作为切入点,阐明发展智能化探测器的必要性；最后介绍了智能化红外探测器发展状况及未来发展趋势。