HgCdTe混合焦平面阵列

前言近年来,HgCdTe已成为高密度焦平面阵列第二代红外成像系统的重要的半导体材料。为得到所需性能,提出一种采用HgCdTe光电二极管和硅电荷耦合器件的混合焦平面结构。异质结和薄基底二极管结构可保证在3～5微米和8～12微米两个波段制成性能高的器件。因为这两种结构都可大大降低饱和电流密度。本文介绍异质结和薄基底混合阵列的最近发展。     

碲镉汞光伏和光导焦平面阵列

将基于光电二极管和光电导体的碲镉汞(HgCdTe)红外焦平面阵列加以比较,包括两类探测器的读出结构、各种结构的信噪比(SNR)分析、以及耦合器件的噪声要求。讨论了线列光导红外焦平面阵列的可行性。介绍了这种新型红外焦平面阵列的重要性。     

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.     

高性能碲镉汞探测器

碲镉汞对于红外工业的热成象来说是最重要的探测器材料。事实说明,这种材料极适于制作2～14微米的探测器,现已有光导阵列器件、光电二极管阵列器件,还有焦平面信息处理等更先进的器件。光导器件用的是一种“n”型材料,是用布里奇曼法在本公司生长的。由于有了这种技术,再加以对工艺作了深入的研究,从而使材料达到了很高的质量。近几年来,器件的性能和设计的选择性都有了很大的提高。8～14微米和3～5微米光导探测器的典型性能数据见表1。尤其要指出的是这些阵列器件的响应率和D~*的均匀性都很好,1/f拐点频率很低。     

红外探测器阵列和环境温度下工作的光电导探测器

由于过去几年开展了3～5.5微米和8～14微米大气窗红外探测器的研制工作,使液氮到室温的红外探测器性能有了较大的提高,其主要进展如下:(1)于77°K工作的8～14微米碲镉汞(Hg_(1-x)Cd_xTe)探测器达到了背景限制性能;(2)制备了这些探测器的多元阵列;(3)制成了在77°K工作的3～5.5微米的InSb大面积多元阵列;(4)在环境温度和-80℃之间的3～5.5微米窗口Hg_(1-x)Cd_xTe达到了较高的探测度。对温度和空间分辨率有最高要求的情况下,就必须使用液氮温度下工作的InSb和Hg_(1-x)Cd_xTe多元阵列。本文第一部分概述光电导探测元件阵列的工艺过程,介绍它们的封装问题,并提供这些元件阵列目前可达到的性能水平。     

红外多元探测器阵列工艺

本文为圣塔巴巴拉研究中心(SBRC)的多元红外探测器阵列工艺的综述。文内探讨了铅盐、锑化铟、碲锡铅、碲镉汞、非本征锗和硅探测器阵列。文内给出了这些探测器材料的各种现有阵列的例子。介绍了两种不同的探测器/电荷耦合器件阵列混合结构:一种是采用垫铟互连的InSb/电荷耦合器件多层结构,一种是采用蒸发互连的HgCdTe/电荷耦合器件多层结构。这些技术提供了低功率、高密度和在焦平面上作低成本时间延迟和积分的优点。     

大视场红外系统设计的进展

近十年来,大视场星载红外望远镜系统设计受焦平面技术发展的推动亦有进展。七十年代的扫描探测器线列正向八十年代的两维镶嵌阵列过渡,从而可以考虑将系统放在地球同步轨道高度的卫星上,进行连续复盖全球的观察。另外,新型焦平面用的替换的探测器材料和致冷系统的研制成功,使能考虑在2～14微米选定的波长上进行多波段应用。这十年在探测器/焦平面工艺方面的进展要求光学系统也作相应的变化(见表1)。要求的孔径尺寸至少从0.5米增加到1米,     

凝视式肖脱基红外电荷耦合焦平面的鉴定

概述肖脱基势垒红外探测器为制造高度均匀的单片式红外电荷耦合器件(IRCCD)焦平面阵列提供了可能。在p型硅上,PtSi的势垒高度约为0.27电子伏,红外响应延伸到～4.6微米。资料[1～6]论证了PtSi的IRCCD的热成象,本文介绍热成象的测量结果,所测红外相机的单片硅焦平面采用肖脱基内光电发射二极管和CCD读出电路。制成了256元PtSi肖脱基势垒IRCCD线列和25×50元面阵;图1为线列的光学     

通讯系统中的碲镉汞光电二极管

为了在广泛范围内给红外系统提供高性能探测器,研究了蹄镉汞材料和光电二极管制造工艺。首先强调的是安排10.6微米激光的探测器,即使设计和制造的探测器复盖1.5～14微米的红外波谱。因为光通讯所考虑的主要激光光源是10.6微米的CO_2激光,所以本文的主题是考虑在该波长上影响探测器性能的因素。本文对影响光电二极管性能的基本材料、掺杂浓度和载流子的传输进行了讨论。此外,介绍了特殊应用的光电二极管设计中的折衷考虑,同时介绍了在材料和制造工艺改进后预计可以得到的性能。     

外延碲镉汞的光电特性

本文讨论了梯度组分的n-p结外延HgCdTe材料与器件,研究了外延层、退火层和扩散层的电学特性,观察到扩散层载流子浓度的反常分布,描述了制备工艺与光电特性的关系,制备了多元8～14微米均匀的红外探测器,计算了费米能级并借以解释现象和指导工艺。     

高级扫描系统混合工艺的多路传输本征探测器阵列及信号处理方案的进展

多路传输本征探测器阵列及信号处理方案(MIDASP)的目的是为第二代红外前视系统的混合式碲镉汞探测器/硅信号处理器焦平面提供基本制造工艺。该方案涉及四个方面:1)3～5微米碲镉汞光电二极管;2)探删器/CCD 的机械互连;3)探测器/CCD 的电气耦合;4)小型焦平面结构的制造与评价。研制成的探测器/CCD 具有若干个8位 TDI(延时积分)通道,并向单路输出端作多路传输,其总体 D~*达1×10~(12)厘米赫~(1/2)/瓦。     

HgCdTe长波光电二极管列阵的等离子体修饰

报道了HgCdTe长波离子注入n+-on-p型光电二极管列阵低能氢等离子体修饰的研究成果.基于采用分子束外延(MBE)技术生长的HgCdTe/CdTe薄膜材料,通过注入窗口的光刻与选择性腐蚀、注入阻挡层的生长、形成光电二极管的B+注入、光电二极管列阵的低能氢等离子体修饰、金属化和铟柱列阵的制备等工艺,得到了氢等离子体修饰的n+-on-p型HgCdTe长波光电二极管列阵.从温度为78 K的电流与电压(I-V)和动态阻抗与电压(R-V)特性曲线中,发现经过低能氢等离子体修饰的HgCdTe红外长波光电二极管列阵动态阻抗极大值比未经过修饰处理的提高了1～2倍,并在反向偏压大于动态阻抗极大值所处的偏压时动态阻抗得到更为明显的提升.这表明低能氢等离子体修饰可以抑制HgCdTe光电二极管列阵暗电流中的带带直接隧穿电流Ibbt和缺陷辅助隧穿电流Itat,从而能提高长波红外焦平面探测器工作的动态范围和探测性能的均匀性.     

资料简介索引

描述了由HgCdTe和InAsSb光伏探测器及Si-CCD多路传输器组成的混合红外焦平面的结构工艺特性,混合焦平面为背面照射,32×32元和64×64元,工作波段3～5μm和8～14μm,在混合焦平面中,探测器电荷直接注入多路传输器的源区。为了使混合焦平面的动态范围达到最大,预先规定了背景抑制的可能值,并在低温范围研究了混合焦平面的特性,进行了CCD电荷传输特性、输入1/f噪声、探测率和混合焦平面等     

光通讯系统的光电探测器

本文综述了适用于宽带光通讯系统的高灵敏光电探测器的特性。包括有光电二极管、光电倍增器和波长0.3微米～10.6微米光电探测器。并讨论了用内电流增益提高高速光电探测器的灵敏度,其方法是用雪崩和电子倍增和用光外差探测进行。文中还评述了可见光和红外激光通讯系统的应用。     

光伏HgCdTe混合器件的性能

第二代红外成象系统需要供凝视应用的高密度焦平面阵列。为了满足这种要求,已研制采用HgCaTe光电二极管作探测器和Si电荷耦合器件(CCD)作信号处理器的焦平面结构。虽然一般的离子注入混合阵列已成功地与CCD多路传输器互连,但在液相外延层上制备的混合阵列却具有性能、处理能力和成品率方面的一些固有优点。用富Hg-熔体液相外延技术制备的异质结结构二极管得出了较之一般离子注入器件为优越的性能。器件具有高R_0A乘积和良好的组分均匀性。给出了为8～12μm和3～5μm应用所制器件的数据。     

红外探测器的进展

红外探测器的发展基础是物理学和技术科学的进展。HgCdTe FPA和非制冷焦平面阵列,军事装备和广阔的民用市场需求推动探测器技术进一步发展。     

CdTe晶体机械和光、电特性研究

随着红外镶嵌探测器阵列的发展,采用各种外延生长技术来获取大面积高性能晶体薄膜是焦平面多元阵列发展的关键。在高响应率与快速响应探测器方面,HgCdTe材料具有独特品质。因此HgCdTe薄膜外延生长,特别是液相外延薄膜的研究已经成为非常引人注目的重要领域。国际上对半导体薄膜的研究表明,外延晶体薄膜性能的优劣,垫底材料的选择起着极重要的作用。第三届国际晶体生长会议的有关文     

8～14微米HgCdTe的某些进展

8～14微米HgCdTe器件己取得较高性能,美、英、法、日本、西德等许多国家有多种商品出售,阵列工艺与器件可靠性能适应军事和空间技术等许多领域的需要,己在这些领域中占有重要地位。基于以上情况,可以认为HgCdTe材料与器件工艺己趋于成熟。本文简介国外8～14微米HgCdTe材料与器件的某些进展及其应用现状,并对HgCdTe器件今后的发展作了粗略估计。     

国外某些红外材料与器件的现状与展望

一、本征光子探测主要发展方向依然是三元系。较多地使用了各种外延工艺和离子注入工艺,主要目的是制作多元器件。 HgCdTe情况比较稳定。其主要进展是制成2.06微米雪崩光电二极管,用来接收探测环境污染的LiYF_4∶Ho激光;制成HgCdTe探测器与六级温差电致冷器的组件,用于10.6微米激光外差探测(表1)     

红外探测器的最近发展

本文简述西德德律丰根通用电气公司红外探测器的近况,特别讨论了8～14微米光电二极管的发展,它们以铅锡硫族化合物(碲锡铅、硒锡铅、碲锡硒铅)作基础材料。p-n结分别用热扩散和离子注入形成。这些探测器预计可和现有的器件比美。