10 μm间距长波1280×1024碲镉汞探测器研制进展

随着红外技术的进步,红外探测器组件向着更小尺寸、更高分辨率的方向发展.小像元间距、大面阵规格是长波探测器发展的重要方向.通过对10μm像元间距、9μm截止波长、1280×1024阵列规格长波探测器的研究,突破了10μm间距长波像元成结技术、10μm像元间距铟柱制备及互连技术,制备了有效像元率大于等于99.4％、非均匀性小于等于4％的10 μm间距长波1280×1024碲镉汞探测器芯片.     

InSb红外焦平面探测器结构应力的ANSYS分析

借助有限元软件系统分析了铟柱取不同直径时红外探测器整体结构的应力分布.模拟结果表明,在固定铟柱高度的前提下,当铟柱直径以2μm的步长从36μm减小到18μm的过程中,InSb芯片上的最大应力值呈现出先减小,后线性增加的趋势,但铟柱上应力最大值始终保持在15.7MPa左右,且分布几乎不变.S i读出电路上的应力小于InSb芯片上的应力值,变化趋势类同于InSb芯片上应力的变化趋势.铟柱直径取30μm时,InSb芯片和S i读出电路上的应力均达到最小值260MPa和140MPa,整个器件的应力分布在接触区呈现明显的集中性、均匀性,分布更合理.     

光谱成像用红外焦平面读出电路研究

红外焦平面是光谱成像系统的核心器件。讨论了多光谱用红外焦平面读出电路的特点,设计了用于多光谱成像的64×16元红外焦平面读出电路。读出电路采用CTIA输入级,快照式曝光方式,边积分边读出工作。电路芯片与InGaAs光敏芯片阵列通过铟柱倒焊的方法,组成混成互连焦平面器件,像元间距50μm,响应波段0.9～1.7μm,盲元率0.2%,半阱时的响应不均匀性4.7%。     

7.5μm像元间距红外探测器三维电极的制备与应用

采用现有读出电路电极生长设备和直写式光刻设备开发了三维电极的制备工艺。在制备过程中,首先在读出电路表面制备三维电极,在碲镉汞芯片端生长铟饼,然后通过倒装互连工艺可以实现7.5μm像元间距的1k×1k碲镉汞芯片与读出电路的互连。可变参数包括金属生长角度、生长速率、生长厚度以及金属种类等。经研究发现,通过该工艺制备的7.5μm像元间距的三维电极高度可达到3.8μm,高度非均匀性小于3%,可以经受7.6×10^-5 N的压力。三维电极的应用,降低了倒装互连工艺对HgCdTe芯片平坦度和互连设备精度的要求,大幅提高了7.5μm像元间距红外探测器的互连成品率。     

混成红外探测器列阵与改善动态范围的CMOS读出电路

美国专利US7551059 (2009年6月23日授权)本发明提供一种混成图像传感器,它包括一个CMOS读出电路和一个红外探测器列阵。CMOS读出电路通过铟柱焊接与红外探测器列阵的至少一个探测器连接。CMOS读出电路包括两个放大器电路,这     

红外焦平面探测器热应力的有限元仿真方法分析

以64×64红外焦平面探测器为例,构建了包含探测器芯片、铟柱、填充胶和读出电路的全尺寸有限元仿真模型,与探测器芯片、填充层和读出电路的简化模型进行对比。研究表明,两种模型在芯片热应力的变化趋势上保持一致。由于铟材料与碲镉汞材料之间的热膨胀系数相差较大,随着芯片尺寸的增大,铟柱的影响逐渐增加,填充层简化模型计算得到的芯片热应力与全尺寸模型的热应力的差距会越来越大。     

不同像元间距红外探测器的铟柱生长研究

分析了红外探测器铟柱生长工艺中不同像元间距情况下铟柱光刻孔内部的铟沉积情况和微观结构。解释了10 μm小像元间距条件下铟柱高度较矮的原因,并给出了像元间距大小与剥离后铟柱高度之间的关系。针对10 μm及以下像元间距红外探测器的铟柱生长,给出了解决铟柱高度问题的办法。使用新方法后,铟柱的高度可达到5 μm以上。     

InSb面阵探测器铟柱缺陷成因与特征研究

通过基于正性光刻胶的不同像元尺寸铟柱阵列及器件制备,研究In Sb面阵探测器铟柱缺陷成因与特征.分别研制了像元尺寸为50μm×50μm、30μm×30μm、15μm×15μm的面阵探测器的铟柱阵列,并制备出In Sb面阵探测器,利用高倍光学显微镜和焦平面测试系统对制备的芯片表面形貌、器件连通性及性能进行了检测与分析.研究结果表明:当像元尺寸为50μm×50μm时,芯片表面形貌和器件连通性测试结果较好;随着像元尺寸减小,芯片表面会出现铟柱相连或铟柱缺失缺陷,器件连通性测试结果与表面形貌相吻合.铟柱相连缺陷是由光刻剥离时残留铟渣引起的铟相连造成;铟柱缺失缺陷是由光刻时残留光刻胶底膜引起的铟柱缺失造成.器件相连缺陷元的响应电压与正常元基本相同,缺失缺陷元的响应电压基本为0,其周围最相邻探测单元响应电压相比正常元增加了约25%.器件缺陷元的研究结果,对通过优化探测器制作水平提升其性能具有重要参考意义.     

128×128GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列铟柱制备

对量子阱红外探测器研制中通常采用的铟膜制备和铟柱生长技术进行了研究。从铟源的选择及蒸发的方法、距离、真空度的控制等方面做了大量实验,优化出了最佳工艺条件。铟源的纯度99.99%,电子束蒸发厚金属膜,旋转行星夹具,蒸发距离39cm,1.33×10-Pa真空下启动蒸5发程序和关闭高阀,辅以适当的剥离方法,最终在光敏芯片和读出电路上分别制备出符合设计要求的20μm×20μm×7μm(长×宽×高)铟柱。该工艺方法适用于任何厚金属膜的制备。     

短波红外InGaAs焦平面研究进展

围绕新一代遥感探测仪器应用需求,中国科学院上海技术物理研究所在短波红外InGaAs焦平面探测器领域取得了一系列进展.通过低缺陷外延材料、焦平面芯片制备工艺和低噪声读出电路技术研究,研制实现了最大规模达2560×2048元的10μm中心距1～1.7μm InGaAs焦平面探测器,峰值探测率优于1.0×1013 cmHz1...     

中/长波双色二类超晶格红外探测器技术

双波段红外探测器是第三代焦平面探测器发展的重要方向之一,二类超晶格材料由于其优异的光电性能而成为制备双色红外探测器的优选材料之一。本文报道中长波双色二类超晶格器件结构设计、材料外延、读出电路设计、芯片加工、组件化等方面研究进展,通过对刻蚀以及钝化工艺进行了优化,制备出性能良好的640×512中长双色二类超晶格红外探测器,主要指标实现像元中心间距20μm,读出方式同时读出,中波波段35～48μm,长波波段75～95μm,噪声等效温差中波288mK、长波388mK,响应率非均匀性中波452、长波789;盲元率中波12、长波13,并完成成像演示,成像质量良好,为双色红外探测器工程化应用奠定了基础。     

大电荷处理能力红外探测器读出电路像素设计

读出电路将红外探测器二极管激发产生的光电子收集、积分成为电压信号并按序读出,使其变成后端系统可读的电信号,是红外焦平面探测器的重要组成部分。电荷处理能力作为衡量读出电路的一项重要指标,探测器的性能以及某些应用条件下要求读出电路具有大的电荷处理能力,本文介绍一种具备大电荷处理能力的模拟读出电路像素级设计,在15μm像元间距内最大积分电容达到832 fF,最大电荷处理能达到10.92 Me-,且具备良好的线性度。     

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。     

大面阵CMOS快照模式焦平面读出电路设计分析

针对一款大面阵(640×512元)快照模式制冷型红外焦平面用的读出电路进行了初步分析验证.该读出电路采用改进DI结构,先积分后读出的积分控制模式,像素尺寸为25μm×25μm,芯片已在0.5μm双硅双铝(DPDM)标准CMOS工艺下试制.首先对该电路结构及工作原理进行分析,并对输入级等电路的传输特性进行仿真验证,最后给出探测器阵列与读出电路芯片互连后的测试结果.结果表明该读出电路适用于小像素、大规模的红外焦平面阵列.     

双波段红外焦平面探测器

介绍了3～5μm/8～12μm双波段红外焦平面探测器的研究在结构设计,芯片制备,精密拼接,互连及测试等方面取得的最新进展,报道了2×144元探测器与CCD读出电路的互连结果,组件的性能及特点.     

一种用于红外焦平面器件电极铟柱熔融的处理装置

红外焦平面器件电极铟柱是器件芯片与读出电路互联的介质,器件的每个像元电极区都必需制备铟柱。由于器件集成度高,像元电极区的铟柱必须做得极小,并与电极接触良好。用目前工艺制备出的铟柱存在     

读出电路铟柱打底层对铟柱成球高度的影响

针对超大规模红外探测器读出电路铟柱成球后高度过低导致倒装互连难度增加这一问题,设计了试验,并分析讨论了读出电路铟柱打底层（UBM）形状对铟柱成球高度的影响。得出了铟球高度与铟柱尺寸和铟柱生长高度成正比,与读出电路铟柱打底层尺寸成反比,并提出了进一步增加铟球高度的思路。     

小间距红外探测器读出电路铟凸点制备技术

介绍了一种用于10 μm小间距碲镉汞探测器铟凸点的制备工艺。新工艺有别于常规的剥离法,采用离子刻蚀手段对金属铟进行精确刻蚀,从而制备出高度大于6 μm且非均匀性小于±5 %的10 μm小间距红外探测器读出电路铟凸点,解决了传统工艺制备小间距铟凸点时高度不够且差异过大、易相互粘连等问题,大幅度提高了小间距红外探测器在互连工艺段的成功率。     

双波段红外HgCdTe焦平面列阵

本文综述法国原子能委员会LETI红外实验室在双波段红外焦平面列阵方面所做的研究工作.在工艺上,该实验室采用的是通过分子束外延法在晶格匹配的高质量CdZnTe衬底上生长的HgCdTe多层掺杂异质结构.器件的结构是n+ppn,而且在空间上是相干的.长波层是一个平面状的n+/p二极管,它是通过离子注入制成的,而波长较短的p-n二极管则是在分子束外延过程中通过掺铟在原位制成的.最后一个结是通过台面蚀刻而被隔离的,探测器通过铟丘与一个读出效率接近100%的读出电路互连.每个像元有一个或两个铟丘,用来按序或者同时访问两个波长,探测器的间距分别为50μm和60μm.每个波段中的单元探测器所呈现的性能接近用标准工艺制作的单色探测器的性能.为了优化双波段红外焦平面列阵的性能,LETI红外实验室专门为这种列阵设计了一种硅CMOS读出电路.本文介绍了128×128元(间距为50μm)中波红外(2μm～5μm)双色焦平面列阵在77K温度处操作时的光电性能.     

一种用于非制冷红外焦平面阵列的低噪声高均匀性读出电路

提出了一种高均匀性低噪声的读出电路,该电路通过抑制非制冷红外焦平面阵列固定模式噪声,从而可实现高质量的红外图像.该电路前端采用了行共享的增益可控NMOS管抑制像元固定模式噪声,同时采用了新型的相关双采样电路抑制列固定模式噪声.在仿真基础上,采用了AMS 0.35μm CMOS工艺完成了16×16像元芯片的制备.对芯片的大量测试结果表明提出的读出电路可以有效地降低非制冷红外焦平面阵列的固定模式噪声,同时具有高均匀性的特点,适用于高性能非制冷红外探测器.