两种钝化结构InGaAs红外探测器低频噪声的研究

低频噪声的测量和分析已成为红外探测器性能和可靠性评估的一种重要手段.制备了聚酰亚胺单层钝化和硫化后ZnS/聚酰亚胺双层钝化两种结构InGaAs探测器,测试了不同偏压或不同温度下器件的低频噪声谱,讨论了偏压和温度对InGaAs探测器低频噪声的影响.随着偏压的增加,噪声增大,拐点向低频方向移动,并且低频噪声随温度降低而减小.认为硫化后ZnS/聚酰亚胺双层钝化器件相对聚酰亚胺单层钝化器件相同偏压或温度下噪声较小,拐点低.因为硫化处理和ZnS层增强了钝化效果,器件的表面漏电流明显减小,因而大大降低了器件的低频噪声.     

Hg1-xCdxTe光伏探测器的表面漏电流机制及其钝化

表面漏电流能对Hg1-xCdxTe光伏探测器性能产生很大的影响,因此选择合适的钝化工艺尤其重要。本文主要论述了Hg1-xCdxTe光伏探测器表面漏电流机制及其钝化技术的发展状况。     

用于CdZnTe探测器的低噪声前端读出电路

设计并实现了一种应用于多通道CdZnTe探测器的低噪声前端读出专用电路,并对其性能进行了测试与评估。每个读出通道由电荷灵敏放大器、漏电流补偿电路、零极相消电路、CR-(RC)⁴整形器、输出缓冲器以及反相放大器组成。芯片采用TSMC 0.35 μm CMOS工艺实现,尺寸为2.6 mm×2.2 mm。测试结果表明,读出通道的能量分辨范围为5~375 keV,每通道功耗小于3.5 mW,最小等效噪声电荷仅为49.6e－。将EV公司的CdZnTe探测器与该前端读出电路芯片相连,组成辐射检测系统,并使用²⁴¹Am源进行能谱分析,所得能谱主峰的能量分辨率仅为5.2%。     

MOSFET栅漏电流噪声模型研究

随着MOSFET尺寸的不断减小,栅漏电流对器件特性的影响日益明显.栅漏电流噪声一方面影响器件性能,另一方面可用于栅介质质量表征,因此对其研究备受关注.由于栅介质噪声研究具有重要意义,文献中已经建立起各种各样的噪声模型,文中对其进行了归纳整理.在此基础上分析了各种模型的特性和局限性,进而探讨了其应用范围.     

三元合金红外探测器的辐射试验

代表当前技术的长波红外PbSnTe和短波红外HgCdTe光伏探测器阵列在稳态伽马通量、全剂量、电子通量、光子通量和脉冲电离环境中进行了辐射试验。这两类探测器对稳态伽马通量的瞬态响应都导致三种相互有关的结果,即产生单个脉冲,增加漏电流和增加方均根噪声。决定器件响应的基本上是结区的扩散长度。因此在PbTe衬底(它具有大的,约100微米的扩散长度)上的PbSnTe器件有比较大的响应。两类探测器的永久减退是受表面、界面或绝缘材料效应的控制。在HgCdTe探测器中,该机理表现为在探测器台面区附近的衬底表面反型。两类探测器的测量结果是漏电流增加和零偏压电阻降低。此外,由于器件有效面积增加,HgCdTe探测器的光学响应增加,以及PbSnTe器件的反向击穿电压降低。看来最能造成表面效应损伤的是对同时引起电离和位移作用的环境暴露。异质结PbSnTe探测器对脉冲电离的瞬态响应,其电流较同质结的计算饱和电流(它由开路电压和负载电阻调节)为大。与此同时,在PbTe衬底上的器件响应比根据器件体积计算的小(假设没有饱和)。也许这是异质结和PbTe材料的物理过程相结合而产生了这种结果。     

表面处理对Au-CdZnTe电极接触性能的影响

碲锌镉(CdZnTe)是制备X射线、γ射线探测器的一种理想半导体材料。CdZnTe欧姆接触电极是制备CdZnTe核辐射探测器的关键技术之一。表面加工状态是影响欧姆接触性能的重要因素,文中研究了4种表面处理工艺对Au-CdZnTe电极接触性能的影响。研究发现对晶片表面进行溴甲醇腐蚀处理和机械化学抛光均有助于提升Au-CdZnTe电极欧姆接触性能。对晶片进行机械化学抛光后再进行溴甲醇腐蚀处理,使用这种晶片所制备的电极具有更加优良的综合电学性能。     

软脆碲锌镉衬底的新型化学抛光技术研究

碲锌镉(CdZnTe)是液相外延碲镉汞(HgCdTe)薄膜的最佳衬底材料。获得高质量的CdZnTe衬底表面对于提升红外探测器的性能有着十分重大的意义。针对CdZnTe表面加工技术进行了研究,开发出一种新的化学抛光技术,使得抛光后的CdZnTe表面粗糙度Ra可达0.3 nm。     

用于CdZnTe探测器的高速前端读出电路

采用0.35 μm CMOS工艺,设计了一种用于CdZnTe探测器的16通道高速前端读出电路。整体电路由16个模拟通道、偏置模块和逻辑控制模块组成,每个通道包括电荷敏感放大器、漏电流补偿电路、成形器、基线保持电路、峰值检测保持电路和时间甄别器。分析了高入射频率下主要电路模块的性能及通道的读出时序。仿真结果表明,本前端读出电路的输入能量范围为29~430 keV@1~15 fC,每个通道功耗小于1.8 mW,等效噪声电荷为87.6e-,最大能补偿的漏电流为50 nA,达峰时间为150 ns,通道增益为50 mV/fC,非线性小于1%,最高注入频率为500 kHz。     

两种氧化方法对InSb探测器钝化效果的研究

比较了阳极氧化和Photo-CVD氧化两种钝化方式制备InSb 探测器的性能,结果表明前者反偏漏电流小,击穿电压是后者的5倍,背景光电流和零偏阻抗基本相同。C-V测试结果:前者固定表面电荷密度为21011 cm-2,后者为1.51011 cm-2。两种氧化方法制备的器件经过高温高湿老化试验后,在反偏1 V时,阳极氧化器件漏电比变化率只有Photo-CVD氧化器件的50%,二者背景光电流均有增加,可能与器件光敏面扩大有关。阳极氧化钝化方法,工艺过程易于控制,钝化效果一致性较好,器件的界面状态更加稳定。     

CdZnTe材料的表面钝化新工艺

研究了一种新的钝化CdZnTe(CZT)器件表面的工艺,即先采用KOH-KCl溶液对CZT表面进行处理,再用NH4F/H2O2溶液对其进行表面氧化的二步法钝化工艺.并借助俄歇电子能谱(AES)、微电流测试仪等手段对其表面钝化层的质量进行了鉴别,同时与KOH-KCl和NH4F/H2O2两种工艺进行了比较.AES能谱分析表明,采用二步法工艺钝化,既可获得化学计量比较好的CZT表面,又可在表面形成一层起保护作用的氧化层.I-Ⅴ特性曲线显示,两步法钝化后CZT器件的漏电流与KOH-KCl和NH4F/H2O2钝化相比都有一定程度的下降.说明文中提出的新工艺在CZT器件制备方面具有良好的应用前景.     

通过成结模拟器研究n+-n--p碲镉汞高温探测器

第三代红外探测器发展的一个重要方向是高工作温度探测器。对于碲镉汞n-on-p探测器而言,n⁺-n^--p结构以及良好的钝化工艺能够有效的抑制暗电流的产生,从而在高工作温度条件下获得较好的探测器性能。基于自行开发的成结模拟器,对n⁺-n^--p结构地高温器件进行了工艺仿真和器件仿真,获得成结过程的制备参数,并结合抑制表面漏电的组分梯度钝化工艺,将高工作温度下的暗电流抑制至理论极限,研制出可以在更高温度工作下的碲镉汞n-on-p红外焦平面探测器。经测试,中波n-on-p红外焦平面器件在不同工作温度下性能优异,在80 K工作温度下噪声等效温差(NETD)达到了6.1 mK,有效像元率为99.96%;而在150 K工作温度下噪声等效温差(NETD)为11.0 mK,有效像元率为99.50%,达到了同类器件的理论极限。     

CdZnTe材料的表面钝化新工艺

研究了一种新的钝化CdZnTe(CZT)器件表面的工艺，即先采用KOHKCl溶液对CZT表面进行处理，再用NH4F/H2O2溶液对其进行表面氧化的二步法钝化工艺．并借助俄歇电子能谱（AES）、微电流测试仪等手段对其表面钝化层的质量进行了鉴别，同时与KOH KCl和NH4F/H2O2两种工艺进行了比较．AES能谱分析表明，采用二步法工艺钝化，既可获得化学计量比较好的CZT表面，又可在表面形成一层起保护作用的氧化层．I-V特性曲线显示，两步法钝化后CZT器件的漏电流与KOH KCl和NH4F/H2O2钝化相比都有一定程度的下降．说明文中提出的新工艺在CZT器件制备方面具有良好的应用前景．     

一种具有高能量分辨率Al2O3钝化结区的PIN探测器

提出了一种Al₂O₃钝化结区的PIN探测器，与传统PIN探测器不同的是，在器件正面的pn结和背面的高低结处沉积了10 nm厚的Al₂O₃薄膜。经TCAD仿真结果表明，该探测器具有更低的漏电流和保护环处的电子电流密度，能对高能粒子射线入射产生良好的响应。设计了两种探测器的制备步骤并制备了器件，通过薄膜少子寿命的表征、器件的暗态I-V测试和²⁴¹Am元素能谱测试对其进行了评估。测试结果表明，与传统的PIN探测器相比，Al₂O₃钝化结区的PIN探测器的少子寿命提升至1 061μs,漏电流降低至5 nA,能量分辨率提升至521 eV,表现出更好的探测性能。     

ICPCVD-SiN_x对GaN/AlGaN基紫外探测器的钝化效果的研究

采用ICPCVD-SiNx薄膜对GaN/A1GaN基紫外探测器进行钝化,从薄膜绝缘特性、钝化效果两方面,对ICPCVD-SiNx、磁控溅射-SiOx、PECVD-SiOx和PECVD-SiNx四种钝化膜进行对比.制作了钝化膜/GaN MIS器件,通过测试MIS器件漏电流密度和薄膜击穿电场的大小表征薄膜绝缘性能,结果表明ICPCVD-SiNx对应的MIS器件的漏电特性最好,外加偏压为100 V时,其漏电流密度保持在1×10-7 A/cm2以下,薄膜击穿电场大于3.3 MV/cm.采用不同钝化方法制作了p-i-n型AlGaN基紫外探测器,通过计算钝化前后器件暗电流的变化,表征不同钝化方法的钝化效果.结果表明ICPCVD-SiNx钝化的器件,其暗电流比其他钝化方法的器件小近两个数量级,在-5V偏压下暗电流密度为7.52 A/cm2.     

碲镉汞光伏探测器的电流机构及器件建模

本文主要概述了碲镉汞光伏探测器及其电流机构：扩散电流、产生复合电流、直接隧道电流、间接隧道电流、表面漏电流以及光电流等。然后根据碲镉汞的电流机构讲述了建立光电集成回路计算机辅助分析的器件模型的步骤。     

离子束刻蚀HgCdTe环孔pn结I—V、RD—V特性的研究（上）

本文推导了一种可简便、准确、直观计算和分析pn结I-V特性的公式和方法,并应用该方法对两类典型HgCdTe环孔pn结的I-V、RD-V特性进行了计算和拟合;得到了表面欧姆(反型沟道)漏电导、二极管理想因子n随电压的分布等反映二极管结特性的重要参数.计算结果表明,对于长波HgCdTe光伏器件而言,表面漏电流在整个暗电流中所占的比重相当大,表面漏电流严重地制约着器件性能.HgCdTe材料的晶体缺陷会使二极管的理想因子n增大,从而使产生-复合电流及陷阱辅助隧穿电流增加.     

双面Schottky势垒型GaAs粒子探测器特性

双面肖特基势垒型GaAs粒子探测器由半绝缘砷化镓材料制成,器件结构为金属-半导体-金属结构,该探测器能经受能量为1.5MeV、剂量高达1000kGy的电子、500kGy的γ射线、β粒子、X射线等粒子的辐照测试,辐照后器件击穿曲线坚挺,反向漏电流最低为0.48μA.器件的另一特征是其反向漏电流与X射线的照射量呈线性关系.该探测器在241Am(Ea＝5.48MeV)a粒子辐照下,其最大的电荷收集率和能量分辩率分别为45%和7%.在由90Sr(Eβ=2.27MeV)发出的β粒子辐照下,探测器有最小的电离粒子谱.该探测器对光照也有明显的响应.     

室温CdZnTe核辐射探测器研究进展

简述了CdZnTe材料与探测器的发展、国内外的研究现状及其广泛应用,分析了存在的问题和解决方法,同时介绍了本单位CdZnTe探测器的研发情况,包括探测器的制备工艺及性能测试与分析.制备出了性能优良的阵列像素(3×3)探测器,其57Co 122 keV光谱能量分辨率为23.7%(28.9 keV FWHM),137Cs 662 kev光谱分辨率为17.9%(117.8 keV FWHM).     

离子束刻蚀HgCdTe环孔pn结Ⅰ—Ⅴ、R_D—V特性的研究(下)

本文推导了一种可简便、准确、直观计算和分析pn结Ⅰ-Ⅴ特性的公式和方法,并应用该方法对两类典型HgCdTe环孔pn结的Ⅰ-Ⅴ、R_D-V特性进行了计算和拟合;得到了表面欧姆(反型沟道)漏电导、二极管理想因子n随电压的分布等反映二极管结特性的重要参数。计算结果表明,对于长波HgCdTe光伏器件而言,表面漏电流在整个暗电流中所占的比重相当大,表面漏电流严重地制约着器件性能。HgCdTe材料的晶体缺陷会使二极管的理想因子n增大,从而使产生-复合电流及陷阱辅助隧穿电流增加。     

离子束刻蚀HgCdTe环孔pn结Ⅰ-Ⅴ、R_D-V特性的研究(上)

本文推导了一种可简便、准确、直观计算和分析pn结Ⅰ-Ⅴ特性的公式和方法,并应用该方法对两类典型HgCdTe环孔pn结的Ⅰ-Ⅴ、R_D-V特性进行了计算和拟合;得到了表面欧姆(反型沟道)漏电导、二极管理想因子n随电压的分布等反映二极管结特性的重要参数。计算结果表明,对于长波HgCdTe光伏器件而言,表面漏电流在整个暗电流中所占的比重相当大,表面漏电流严重地制约着器件性能。HgCdTe材料的晶体缺陷会使二极管的理想因子n增大,从而使产生-复合电流及陷阱辅助隧穿电流增加。