32×32碲镉汞长波焦平面器件的研制

３２×３２碲镉汞长波焦平面器件的研制王戎兴（上海技术物理研究所上海２０００８３）１９９２年起，我们在前几年工作的基础上，为提高器件性能，在面阵器件工艺、混成互连等主要工艺技术继续进行深入的研究，取得了明显的进展。１９９２年，在研制成功３２×３２长波Ｍ...     

碲镉汞双色红外焦平面读出电路研究进展

介绍了碲镉汞(MCT)双色红外焦平面探测器的研制背景,及美、英、法等西方发达国家的发展现状。从读出电路(ROIC)设计角度出发,重点阐述了上述3个发达国家的碲镉汞双色焦平面器件结构类型和相应读出电路设计特点。最后介绍了国内昆明物理研究所在碲镉汞双色焦平面读出电路研究方面取得的进展。昆明物理研究所研制出两种碲镉汞双色焦平面读出电路,一种是适用于双铟柱半平面器件结构的128×128双色信号同步积分读出电路,另外一种是适用于单铟柱叠层器件结构的640×512双色信号TDMI(时分多路积分)读出电路。两种读出电路芯片在77 K条件下正常工作,主要功能及性能指标与国外同类产品相当。     

128元长波碲镉汞焦平面器件

本文概要叙述了１２８元长波碲镉汞焦平面器件的原理及研制工艺；ＣＭＯＳ互连后测试结果：峰值Ｄλ＾＊＝３．４×１０＾１０ｃｍＨｚ＾１／２Ｗ＾－１，Ｒｖλ＝１．２×１０＾８Ｖ／Ｗ，利用１２８元长波碲镉汞焦平面器件研制成功的热像仪成像情况。     

碲镉汞材料双面平坦化工艺研究

通过对30 mm×25 mm尺寸的碲镉汞材料和器件进行双面平坦化工艺,使其平面度达到与Si读出电路互连要小于2 μm的要求,提高了MW1280×1024焦平面器件互连成品率。、     

具有TDMI功能的640×512双色碲镉汞焦平面读出电路

研制出一种应用于单铟柱结构的长/中波双色叠层碲镉汞640×512焦平面CMOS读出电路(ROIC)。根据单铟柱结构的双色叠层碲镉汞探测器实际应用需求,读出电路设计了单色长波积分/读出、单色中波积分/读出、长/中波双色信号顺序积分/读出、长/中波双色信号分时多路积分(TDMI)/读出等四种工作模式可选功能。输入级单元电路分别采用长/中波信号注入管、复位管、积分电容及累积电容,并分别采用读出开关缓冲输出。为提高读出电路的适应性,各色信号通路分别设计了抗晕管以提高探测器的抗晕能力;读出电路采用快照(Snapshot)积分模式,单色积分时具有先积分后读出(ITR)/边积分边读出(IWR)可选功能;当读出电路工作在单色或双色信号顺序模式时,各色积分时间可调;此外读出电路具有多种规格及任意开窗模式。该读出电路采用0.35?m 2P4M标准CMOS工艺,工作电压3.3 V。读出电路具有全芯片电注入测试功能,测试结果表明,在77 K条件下,读出电路的四种积分/读出模式工作正常,单色信号输出摆幅达2.3 V,功耗典型值为65 m W。     

中波2048元长线列碲镉汞焦平面杜瓦组件

2048元碲镉汞焦平面由8个中波256×1元芯片和8个光伏信号硅读出电路模块交错排列组成,与8个微型滤光片以桥式结构直接耦合后封装在全金属微型杜瓦内,形成了中波2048元长线列碲镉汞红外探测器件组件.基本解决了2048元焦平面杜瓦组件的关键技术,即高均匀性和一致性的焦平面模块技术、高精度的拼接技术、高可靠性的模块及其封...     

高光谱用长波红外焦平面探测器组件

介绍了高光谱用长波1024×256红外焦平面探测器组件的研究结果。长波红外焦平面探测器芯片基于液相外延碲隔汞薄膜材料制造,读出电路基于035μmCMOS 50 V工艺设计,采用非密封型与高光谱相机集成的探测器封装结构。经测试,长波1024×256红外焦平面探测器组件各项功能正常,性能良好。     

中国电科11所碲镉汞薄膜材料制备技术进展

碲镉汞材料具有响应速度快、量子效率高、带隙连续可调等优点,广泛应用于红外探测领域,本文报道了近年来中国电科11所在碲镉汞薄膜材料制备方面的技术进展。在碲锌镉衬底材料制备方面,已突破135mm碲锌镉晶体生长技术,碲锌镉衬底平均位错腐蚀坑密度(EPD) <1×104cm-2,具备了80mm×80mm规格碲锌镉衬底的批量生产能力。在液相外延碲镉汞薄膜制备方面,富碲水平液相外延碲镉汞薄膜平均位错腐蚀坑密度EPD<4×104cm-2,具备80mm×80mm规格碲镉汞薄膜的制备能力;富汞垂直液相外延实现高质量双层异质结碲镉汞薄膜材料批量化制备,该种材料的半峰宽(FWHM)控制在(20～40)arcsec范围内,碲镉汞薄膜厚度极差≤±06μm。在分子束外延碲镉汞薄膜方面,实现了6 in硅基碲镉汞材料制备,组分标准偏差≤00015,表面宏观缺陷密度≤100cm-2;碲锌镉基碲镉汞材料已具备50mm×50mm制备能力,组分标准偏差为0002,厚度标准偏差为0047μm。从探测器验证结果来看,基于富碲水平液相外延碲镉汞薄膜实现了1 k×1 k、2 k×2 k等规格红外焦平面探测器的工程化制备;采用双层异质结碲镉汞薄膜实现了高温工作、长波及甚长波探测器的制备;使用分子束外延制备的碲镉汞薄膜实现了27 k×27 k、54 k×54 k、8 k×8 k等规格红外焦平面探测器研制,在宇航领域有巨大的应用潜力。     

Dewar for 12.5 μm long linear HgCdTe IRFPA

256×2碲镉汞焦平面模块由2个256×1元芯片和2个光伏信号硅读出电路模块平行对称组成,并分别与2个不同波段的微型滤光片以架桥式结构直接耦合后封装在全金属微型杜瓦内,形成了长波256×2长线列碲镉汞红外探测器件组件.基本解决了256×2焦平面杜瓦组件的关键技术,即高精度的组装技术、器件在冷平台上的热失配设计技术和高可靠性封装技术.对抑制杂散光、降低背景辐射、提高组件的可靠性等方面采取了一系列措施,使研制的碲镉汞焦平面器件获得了良好的性能,并进行了一系列空间适应性实验,实验前后的组件性能未发生明显变化,满足工程化应用的要求.     

12.5 μm长线列碲镉汞焦平面杜瓦组件

256×2碲镉汞焦平面模块由2个256×1元芯片和2个光伏信号硅读出电路模块平行对称组成,并分别与2个不同波段的微型滤光片以架桥式结构直接耦合后封装在全金属微型杜瓦内,形成了长波256×2长线列碲镉汞红外探测器件组件。基本解决了256×2焦平面杜瓦组件的关键技术,即高精度的组装技术、器件在冷平台上的热失配设计技术和高可靠性封装技术。对抑制杂散光、降低背景辐射、提高组件的可靠性等方面采取了一系列措施,使研制的碲镉汞焦平面器件获得了良好的性能,并进行了一系列空间适应性实验,实验前后的组件性能未发生明显变化,满足工程化应用的要求。     

HgCdTe红外探测器芯片微管电极的制备与应用

介绍了一种用于超大面阵碲镉汞探测器的新型微管电极。使用常规金属沉积、光刻和刻蚀设备,即可在碲镉汞芯片上制备微管电极。在倒装互连时,碲镉汞芯片通过微管电极插入读出电路上的铟球,实现与读出电路互连。使用微管电极互连,互连所需压力比现有工艺降低了约65 %,并降低了倒装互连工艺对碲镉汞芯片平坦度和互连精度的要求,大幅度提高了互连成功率。     

碲镉汞集成偏振探测器应力分析

红外碲镉汞集成偏振探测器的结构是采用多个芯片叠层的方式,由于各层的材料不同,热膨胀系数不同,在低温下工作时各层界面之间存在应力,应力控制的不好会造成芯片裂片等情况,导致探测器性能劣化或无法使用。本文对长波320×256碲镉汞集成偏振探测器的裂片现象进行了分析,对存在的应力运用软件进行了仿真,得到了碲镉汞芯片上的应力值及减小应力的方向。针对仿真分析的结果进行了相应的铟柱降低、碲锌镉衬底减薄的试验,解决了碲镉汞集成偏振探测器的裂片现象。     

具有时间延迟和积分功能的HgCdTe扫描焦平面线列阵

俄罗斯RD&P Center ORION发展了一种基于平面HgCdTe光电二极管列阵和定制硅集成读出电路的焦平面列阵技术.做在碲镉汞液相外延层上的光伏探测器列阵以及硅读出电路是通过铟丘连接在蓝宝石互连衬底上的.冷却的硅读出电路是用n-MOS工艺制作的.本文描述了一些3μm～5μm和8μm～12μm时间延迟和积分(TDI)扫描红外焦平面线列的一般结构和发展结果,这些焦平面线列的规格分别为4×48、2×96、4×128和2×256.介绍了基于碲镉汞外延层的光伏型列阵的性能.描述了以TDI模式工作的混成焦平面列阵的测试方法及典型的调查结果.在8μm～12μm波长范围内,带四个TDI元件的4×48和4×128焦平面列阵的探测率高于(1～2)×1011cmW-1Hz1/2,带两个TDI元件的2×96和2×256焦平面列阵的探测率高于(7～10)× 1010cmW-1Hz1/2.     

双波段红外擦探测器

双波段红外擦探测器美国ＨｕｇｈｅｓＳａｎｔａＢａｒｂａｒａ研究中心最近研制成６４×６４元碲镉汞焦平面阵列，是用液相外延方法生长三层异质结ＨｇＣｄＴｅ。只需控制一对背一背二极管的偏压，即可获得长波长和短波长两种波段的组合。有两个电接触端可同时显示与读出...     

MOCVD外延碲镉汞薄膜的生长工艺选择

金属有机化合物汽相沉积（ＭＯＣＶＤ）技术是制备用于红外焦平面阵列（ＩＲＦＦＰＡ）的高质量碲镉汞（ＨｇＣｄＴｅ）薄膜材料的重要手段。文中讨论了汞源温度、生长温度、衬底材料及互扩散多层工艺（ＩＭＰ）等因素在ＭＯＣＶＤ外延生长碲镉汞薄膜过程中的作用机理,并选择适合的生长条件获得了质量优良的碲镉汞薄膜。     

32×32长波红外焦平面器件研制和室温目标红外热图像

文章介绍了32×32元长波碲镉汞混成焦平面器件研制及室温目标红外热成像演示。该器件采用MBE碲镉汞薄膜材料、全平面离子注入成结工艺、Si－CMOS读出电路、倒焊互联混成、背照工作模式。所研制的32×32元碲镉汞长波焦平面器件获得了突破性进展，最新结果为Dλ*＞1×1010cmHz1／2W－1，响应率不均匀性为12．4％，有效像元＞98％，NETD约为0．1K（FOV＝60°），响应波长8～10μm。该器件实现了室温目标红外热成像。该项工作处于国内领先水平。在研制过程中解决了一系列关键问题，为研制更大规模的红外焦平面器件奠定了坚实的技术基础。     

碲镉汞APD焦平面技术研究

采用LPE生长的中波碲镉汞材料,通过B离子注入n-on-p平面结技术制备了规模为256×256,像元中心距为30 μm的碲镉汞APD焦平面探测器芯片。在液氮温度下对其增益、暗电流以及过噪因子等性能参数进行了测试分析,结果表明,所制备的碲镉汞APD焦平面芯片在-8.5 V反偏下平均增益达到166.8,增益非均匀性为3.33%;在0~-8.5 V反向偏置下,APD器件增益归一化暗电流为9.0×10^-14~ 1.6×10^-13 A,过噪因子F介于1.0~1.5之间。此外,还对碲镉汞APD焦平面进行了成像演示,并获得了较好的成像效果。     

甚长波碲镉汞探测器的注入区扩散研究

在碲镉汞甚长波320×256探测器上制备了不同注入区光刻尺寸的区域,通过对不同区域的信号及注入光刻尺寸的关系进行分析对比和数据拟合,获得了不同温度下的扩散距离和单位有效光敏面积在单位时间的响应电压,对于碲镉汞甚长波探测器的器件版图设计和性能提升提供了可靠的数据支撑。     

碲镉汞高温中波红外探测器的制备研究

采用CdTe/ZnS双层钝化工艺制备了640×512@15 μm碲镉汞中波探测器。研究了退火温度对CdTe/MCT界面及CdTe钝化膜质量的影响。经测试表明:本公司制备的碲镉汞HOT中波探测器可以在125 K稳定工作,但与国外的先进技术相比仍存在差距,需要在MCT材料改进和器件加工工艺上继续深入研究,才能提高探测器的工作温度和稳定性。     

HgCdTe红外探测器性能分析

根据碲镉汞材料的性能、碲镉汞红外探测器物理机理和基本器件模型,对截止波长为3 m、5 m、10.5 m的碲镉汞探测器,在不同工作温度下的探测率性能进行了理论计算。计算结果表明:碲镉汞探测器在短波、中波和长波三个主要红外波段均能满足第三代红外焦平面器件对灵敏度和工作温度的要求。