高有效孔径比面阵石英微透镜阵列研究

为了提高可见光CCD图像传感器的填充因子从而提高CCD的信噪比,在石英基片上制作了516×516元的微透镜阵列.本文对石英微透镜阵列的制作工艺过程进行了详细讨论.最后的测量结果表明所制作的微透镜阵列有优良的表面轮廓和较好的几何尺寸均匀性.其实测有效孔径比可达到92.8%,极大提高了微透镜阵列的聚光效率.     

温度冲击下背向集成微透镜阵列红外探测器热应力分析

针对温度冲击下红外探测器芯片的高碎裂几率问题,借助ANSYS分析软件,对背向集成微透镜阵列锑化铟探测器热应力随阵列规模的演变规律、以及64×64大面阵探测器热应力及其分布进行了研究.首先针对8×8小面阵背向集成微透镜阵列锑化铟红外探测器进行热应力分析,得到芯片上最大应力值达到最小时探测器的结构参数.以此为探测器典型结构参数,使阵列规模从8×8倍增到64×64,从而在较短的时间内得到温度冲击下探测器中热应力随阵列规模的演变规律,以及64×64探测器的热应力值及其分布.结果表明:背向集成微透镜阵列锑化铟红外探测器最大应力值出现在锑化铟芯片上,并随阵列规模的增大近似呈线性增加,显示出热应力与阵列规模的相关性.在64×64红外探测器中,锑化铟芯片上表面热应力明显集中在微透镜边缘区域,铟柱阵列上表面热应力分布呈现出由外至内的环状梯度分布,而其它接触面上的热应力分布则呈现出明显的均匀性、集中性.     

固体浸没式红外超表面透镜设计

红外焦平面阵列在各类红外成像系统中发挥着巨大的作用。为提升红外焦平面的工作温度、量子效率和灵敏度,通常使用微透镜阵列作为红外焦平面的聚光器。当前微透镜阵列的制作材料通常与红外探测器材料不同,因此在集成装配时需要额外的工艺手段,工艺难度较大且效率较低。利用微纳光学超表面技术体系,可以在红外探测器衬底材料上直接制作平面式的固体浸没型微透镜阵列,实现前置微透镜与红外焦平面的单片集成。文中以红外探测领域最有潜力的锑化物Ⅱ类超晶格红外探测器为应用目标,设计了一种基于GaSb衬底的固体浸没式红外超表面透镜。设计的超表面透镜在中波红外波段工作,能适用于所有入射偏振。器件设计焦距为100 μm,理论上在目标波长下的最高聚焦效率达到70.7%,数值孔径(NA)达到1.15。该设计可以推动微透镜阵列向扁平、超薄、轻量的方向发展,简化微透镜阵列与红外焦平面阵列的集成工艺,有望提升红外焦平面的探测效率,并降低制造成本。     

长波碲镉汞探测器的原位集成微透镜技术研究

采取原位集成的方式在红外焦平面探测器芯片的入光侧制备微透镜阵列以达到增强信号以及减小串音的作用,通过光学分析获得了匹配不同中心距器件的微透镜结构设计,在长波碲镉汞320×256,50 μm和30 μm中心距的探测器上验证了原位集成的微透镜阵列能够有效地通过汇聚光线,使信号增强分别达到28 %和61 %。对于超高灵敏度红外探测以及SWaP和超大规模红外探测器研究具有重大意义。     

提高CCD图像传感器填充因子的微透镜阵列的研究

为了提高可见光CCD图像传感器的探测灵敏度,提出了516×516元石英微透镜阵列的设计方法,并简要介绍了其制作工艺.测量结果表明,所制作的微透镜阵列有优良的表面轮廓、较好的几何尺寸均匀性和光学性能,大幅度地提高了CCD图像传感器的填充因子.     

自写入光波导聚合物微透镜阵列的设计与制作

利用聚合物SU-8光刻胶在激光作用下折射率会发生变化的特点,将其作为最后的光学材料,采用光刻胶热熔法和图形转移法,设计并制作了填充因子接近0.75、自写入光波导、六角排列的微透镜阵列。对阵列的表面形态、三维结构和光学性能分别进行了观察、测试与分析,发现用SU-8胶制作的微透镜阵列外观良好,边缘清晰;自写入光波导微透镜阵列的三维结构良好;波导末梢的光点分布均匀,光强一致性高。这种自写入光波导的微透镜阵列降低了透镜阵列与探测阵列精确装配的难度,而且其制作工艺流程简单、成本低廉、适合批量复制,这种阵列元件还有质量轻、体积小的特点,有很广的应用前景。     

光电子技术

TNZ 2005020122 提高C CD图象传感器填充因子的微透镜阵列的研究/柯才军,易新 建,赖建军(华中科技大学)11红外与激光工程一2 004,33(2)一 209一212 为了提高可见光CCD图象传感器的探测灵敏度,提出了516x516 元石英微透镜阵列的设计方法,并简要介绍了其制作工艺.测量结果表 明,所制作的微透镜阵列有优良的表面轮廓、较好的几何尺寸均匀性和 光学性能,大幅度地提高了CCD图象传感器的填充因子.图7表2 参7(木) TN204.1 2005020126 掺杂晶体C do35Hgo.65GaZS4的光学特性/黄金哲,任德明,胡 孝勇,曲彦臣(哈尔滨工业大学)11物理学报一2 004,…     

用于改善PtSi红外焦平面阵列器件响应特性的长焦距GaAs微透镜阵列器件的制作研究

提出了一种新的曲率补偿法用于长焦距微透镜阵列的制作.扫描电子显微镜(SEM)显示微透镜阵列为表面极为平缓的方底拱形阵列,表面探针测试结果显示用曲率补偿法制作的微透镜的焦距可达到3861.70μm,而常规光刻热熔法很难制作出焦距超过200μm的相同尺寸的微透镜阵列.微透镜阵列器件与红外焦平面阵列器件在红外显微镜下对准胶合,显著改善了红外焦平面阵列器件的响应特性.     

用于改善PtSi红外焦平面阵列器件响应特性的长焦距GaAs微透镜阵列器件的制作研究

提出了一种新的曲率补偿法用于长焦距微透镜阵列的制作。扫描电子显微镜（SEM）显示微透镜阵列为表面极为平缓的方底拱形阵列,表面探针测试结果显示用曲率补偿法制作的微透镜的焦距可达到3861．70um,而常规光刻热熔法很难制作出焦距超过200um的相同尺寸的微透镜阵列。微透镜阵列器件与红外焦平面阵列器件在红外显微镜下对准胶合,显著改善了红外焦平面阵列器件的响应特性。     

用于改善PtSi红外焦平面阵列器件响应特性的长焦距GaAs微透镜阵列器件的制作研究

提出了一种新的曲率补偿法用于长焦距微透镜阵列的制作。扫描电子显微镜 ( SEM)显示微透镜阵列为表面极为平缓的方底拱形阵列 ,表面探针测试结果显示用曲率补偿法制作的微透镜的焦距可达到 3 861.70 μm,而常规光刻热熔法很难制作出焦距超过 2 0 0μm的相同尺寸的微透镜阵列。微透镜阵列器件与红外焦平面阵列器件在红外显微镜下对准胶合 ,显著改善了红外焦平面阵列器件的响应特性     

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.     

红外双波叠层结构探测器微透镜阵列的设计

介绍了一种双波段红外探测器叠层结构微透镜阵列的设计,从实际光线角度进行建模,考虑微透镜加工线宽的要求,利用光学非成像理论的原理优化。并根据微透镜的衍射效率进行量化,分析了影响占空比因素的计算方法等,并对其进行了详细说明。该设计方法从实际入射光线建模,思路新颖,该方法经加工微透镜与探测器耦合后验证可行。给微透镜阵列的设计者一些启发,可用于其他多种叠层结构探测器的微透镜阵列设计。     

锑化物中/中波双色红外探测器研究进展

面对第三代红外探测器对多波段探测的需求,中/中波双色同时获取两个波段的目标信息,对复杂的背景进行抑制,可以有效排除干扰源的影响,提高了探测的准确性,增强了在人工及复杂背景干扰下的目标识别能力,因此中/中波双色探测器设计和制备最近快速发展起来。锑化铟红外探测器通过分光可实现两个中波波段的探测,锑化物Ⅱ类超晶格探测器通过能带结构设计实现多波段探测。本文阐述了锑化物中/中波双色红外探测器的主要技术路线和目前研究进展,与传统InSb双色探测器相比,中/中波双色超晶格红外器件用于红外成像探测具有鲜明的特点和优势,但需要在探测器结构设计、锑化物超晶格材料生长、阵列器件制备等方面进行进一步研究,以提高探测性能,满足工程化应用需求。     

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。     

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。     

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。     

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。     

Diffractive Microlens Array Monolithic Integration with PtSi Focal Plane array

Diffractive microlens arrays can completely collect the light at the focal plane and concentrate it into a smaller spot size on the detector plane, the photodetector area can be substantially reduced. Increased gamma radiation hardening and noise reduction result from the decrease in photodetector sensitive area. The diffractive microlens arrays have been designed by considering the correlative optical and processing parameters for PtSi focal plane array. They have been fabricated on the backside of PtSi focal plane array chip by successive photolithography and Ar⁺ ion-beam-etching technique. The alignment of microlens array with PtSi focal plane array was completed by a backside aligner with IR light source. The practical processes and fabrication method are discussed. The performance parameters of PtSi FPA with diffractive microlens array are presented.     

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。