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.     

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...     

长线列碲镉汞红外焦平面微型杜瓦的研究

针对长线列碲镉汞红外焦平面探测器封装的特点，文章讨论了分置式微型杜瓦研制的难点。在用于封装2000元碲镉汞焦平面芯片的分置式微型杜瓦研制中，详细阐明了一种焦平面芯片其装载面为斜拉式支撑结构的设计，实现了探测器外引功能线的布线优化及其输出引线工艺改进，并提出了一种大尺寸高气密光学窗口的焊接方法等关键技术。通过这些关键技术的突破，成功研制出了2000元碲镉汞焦平面探测器杜瓦组件。     

环孔工艺的碲镉汞长波红外576×6焦平面探测器组件

碲镉汞长波红外576×6焦平面探测器组件是高性能热像仪的核心组件.本文中作者完成了碲镉汞长波红外576×6焦平面探测器组件的设计,利用环孔技术制备出576×6焦平面探测器芯片,经过杜瓦封装、配斯特林制冷机后成为实用的探测器组件.性能参数测试表明:典型的探测率达到1.79×1011cm Hz1/2/W,非均匀性达到14.6%,盲元率达到6.0%,并完成探测器组件的实验室演示成像.     

HgCdTe艰辛的历程、辉煌的成就:一、伟大的发明

根据半个多世纪碲镉汞材料、碲镉汞红外探测器的发展里程,以碲镉汞材料的发明、关键技术突破带来的碲镉汞材料生长技术的进步、关键技术的突破带来的碲镉汞探测器性能提升、第一代陆军通用组件、第二代高性能红外焦平面器件和第三代高清、多波段红外焦平面器件等重要里程碑为出发点,采用专题系列的形式,回顾碲镉汞材料及碲镉汞红外探测器发展的...     

一种碲镉汞长波红外探测器暗电流测试方法

碲镉汞红外焦平面探测器的暗电流一般是在无法接受到外界热辐射的状态下进行测试,这种测试方法需要在特殊的杜瓦结构里进行测试,只能在实验室进行测试。本文介绍了一种在实际应用杜瓦结构中评价碲镉汞长波红外探测器暗电流的测试方法,该方法不需要改变组件结构,仅通过常规的性能测试和利用理论公式计算就可得到暗电流数值。对320×256 长波碲镉汞探测器组件的试验结果表明,用该方法得到的暗电流结果与实验室得到的暗电流结果非常接近,可作为红外焦平面探测器暗电流评估的快捷方法。     

长线列红外探测器真空密封结构设计

针对长线列碲镉汞红外焦平面探测器封装的特点,文章设计分析相对应的探测器真空密封结构。在用于封装3000元及5000元碲镉汞焦平面红外组件研制中,详细阐明了其真空密封结构的设计和工艺实现。符合航天空间应用的高可靠性真空结构,是长线列探测器组件正常工作并完成地面相关试验验证的关键。     

环孔工艺的碲镉汞长波红外576×6焦平面探测器组件

碲镉汞长波红外576×6焦平面探测器组件是高性能热像仪的核心组件．本文中作者完成了碲镉汞长波红外576×6焦平面探测器组件的设计，利用环孔技术制备出576×6焦平面探测器芯片，经过杜瓦封装、配斯特林制冷机后成为实用的探测器组件．性能参数测试表明：典型的探测率达到1．79×10^11cmHz^1/2／w，非均匀性达到14．6％，盲元率达到6．0％，并完成探测器组件的实验室演示成像．     

大面阵短波碲镉汞红外焦平面器件研究

随着红外焦平面技术的发展,大面阵红外焦平面器件在遥感、气象、资源普查和高分辨对地观测卫星上得到了广泛应用。因此,基于第三代红外焦平面技术的超大规模焦平面器件成为国内外研究热点。文中介绍了昆明物理研究所采用n-on-p技术路线成功研制的短波（Short Wave, SW） 2 k×2 k（18 μm,像元中心距）碲镉汞红外焦平面器件。短波2 k×2 k碲镉汞红外焦平面器件突破了大尺寸碲锌镉（CdZnTe）衬底制备和大面积液相外延薄膜材料生长技术,衬底尺寸由Φ75 mm增加到Φ90 mm,获得了高度均匀的大面积碲镉汞（HgCdTe）薄膜材料。通过大面阵器件工艺、大面阵倒装互连等技术攻关,最终获得了有效像元率大于99.9%、平均峰值探测率(D*)大于4×1012 (cm·Hz1/2)/W、暗电流密度在1 nA/cm2的高性能短波2 k×2 k（18 μm）碲镉汞红外焦平面器件。     

中波碲镉汞红外偏振焦平面探测器的制备研究（特邀）

针对隐身等多类高价值目标精确探测与识别以及探测技术持续发展需求,为实现复杂战场环境下的高概率真假目标识别和高精度目标检测、定位、跟踪,开展复杂战场环境下隐身及微弱特征目标探测及抗干扰探测等技术研究意义重大,其中高集成度的焦平面型偏振红外探测器技术是其中一个重要方向。围绕集成式中波（MW）256×256碲镉汞红外偏振焦平面探测器的研制,介绍了偏振结构的设计、制备到偏振探测器的集成,以及偏振探测器性能的测试等方面的研究进展状况,设计加工出了亚波长金属光栅阵列,采用倒装互连的方式实现了偏振探测器的集成,并在MW 256×256碲镉汞焦平面器件上实现了红外偏振性能的测试和评估。     

碲镉汞光子计数型线性雪崩探测器(特邀)

单光子计数技术在弱信号探测和时间测距中具有重大的应用前景。自从20世纪70年代可见光的光子计数系统研发以来,国际上该领域内的研发小组在不断地发展完善光子计数技术,充分放大光子信号,以降低电子设备的读出噪声。电子倍增电荷耦合器件(Electron Multiplying Charge Coupled Devices, EMCCDs)具有更高的量子效率,可替代传统的可见光光子计数系统,但较大的雪崩噪声阻碍了倍增下入射光子数的准确获取。碲镉汞线性雪崩器件(HgCdTe APD)的过剩噪声因子接近1,几乎无过剩噪声;相对于盖革模式的雪崩器件,没有死时间和后脉冲,不需要淬灭电路,具有超高动态范围,光谱响应范围宽且可调,探测效率和误计数率可独立优化,开辟了红外波段光子计数成像的新应用领域,在天文探测、激光雷达、自由空间通信等应用中具有重要价值。美国雷神(Raytheon)公司和DRS技术公司、法国CEA/LETI实验室和Lynred公司、英国Leonardo公司先后实现了碲镉汞线性雪崩探测器的单光子计数。文中总结了欧美国家在碲镉汞光子计数型线性雪崩探测器研究方面的技术路线和研究现状,分析了吸收倍增...     

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。     

长波红外2048元线列碲镉汞焦平面器件

介绍了长波红外2048元线列碲镉汞焦平面器件的制备技术和达到的性能参数.探测器采用离子注入平面pn结制备光敏元,通过间接倒焊技术和读出电路互联,采用8个256元焦平面模块拼接2048元线列焦平面器件.光敏元的响应截止波长达到9.9μm,相应的RoA达到10Ωcm2,平均峰值探测率达到9.3×1010cmHz1/2 W-1,响应不均匀性为8%,有效光敏元率大干99.5%.     

256×256 hybrid HgCdTe infrared focal plane arrays

Hybrid HgCdTe 256×256 focal plane arrays have been developed to meet the sensitivity, resolution, and field-of-view requirements of high-performance medium-wavelength infrared (MWIR) imaging systems. The detector arrays for these hybrids are fabricated on substrates that reduce or eliminate the thermal expansion mismatch to the silicon readout circuit. The readouts are foundry-processed CMOS switched-FET circuits that have charge capacities greater than 10⁷ electrons and a single video output capable of 20-MHz data rates. The high quantum efficiency, tunable absorption wavelength, and broad operating temperature range of these large HgCdTe staring focal plane arrays give them significant advantages over competing sensors. The mature Producible Alternative to CdTe for Epitaxy-1 (PACE-1) technology, using sapphire detector substrates, has demonstrated 256×256 MWIR arrays with mean laboratory noise equivalent temperature difference (NETD) of 9 mK for a 4.9-μm cutoff wavelength, 40-μm pixel size, and 80-K operating temperature. RMS detector response nonuniformities are less than 4%, and pixel yields are greater than 99%. The newly developed PACE-3 process uses silicon for the detector substrate to eliminate completely the thermal mismatch with the silicon readout circuit. It has the potential for similar performance in even larger array sizes. A 640×480 hybrid array is under development     

制冷型热红外焦平面成像系统数据处理的关键技术

长波红外(8~12.5μm)焦平面的性能在很多方面弱于中短波红外器件,其非均匀性及盲元状况较严重。本课题首次在国内引进了法国Sofradir公司的320×256像元HgCdTe长波红外焦平面探测器MARS VLW RM4,其波长响应范围为7.7~12μm。基于一套高帧频低噪声信息获取系统,经过动态范围标定,实现了一套动态范围为250~330K、噪声等效温差(Noise Equivalent Temperature Difference.NETD)小于50mK的热红外成像系统。针对焦平面各像元的响应特性,研究了适用于热红外成像系统的非均匀性及盲元校正方法,提出了基于辐射定标的非均匀性校正和盲元检测。经实验验证,其校正效果优于两点定标法,且易于工程实现,基于辐射定标的结果可实现精确的温度反演。     

大动态范围、高灵敏度红外焦平面数字像元读出电路技术（特邀）

长波红外探测器一直以来受到读出电路电荷存储容量的限制,导致信噪比、动态范围和灵敏度都难以提升,制约了长波红外成像系统的发展和应用。文中对比分析了模拟像元和数字像元读出电路技术,介绍了数字像元焦平面的发展现状和主要架构。采用脉冲频率调制方案设计了384×288（25 μm）和256×256 （30 μm）两款数字像元读出电路,其中比较器设计提高了功耗效率和强壮性,并耦合碲镉汞探测器形成长波数字焦平面探测器组件进行测试,结果与国内外相关工作进行比较分析,峰值噪声等效温差分别达到3.4 mK和1.9 mK,动态范围达到96 dB。测试结果表明,数字像元技术显著提升了长波红外焦平面的灵敏度和动态范围,是提高红外探测器性能的有效途径。     

异质衬底外延碲镉汞薄膜位错抑制技术进展

分子束外延碲镉汞技术是制备第三代红外焦平面探测器的重要手段,基于异质衬底的碲镉汞材料具有尺寸大、成本低、与常规半导体设备兼容等优点,是目前低成本高性能红外探测器发展中的研究重点。对异质衬底上碲镉汞薄膜位错密度随厚度的变化规律进行了建模计算,结果显示ρ~1/h模型与实验结果吻合度好,异质衬底上原生碲镉汞薄膜受位错反应半径制约,其位错密度无法降低至5×10 6 cm-2以下,难以满足长波、甚长波器件的应用需求。为了有效降低异质外延的碲镉汞材料位错密度,近年来出现了循环退火、位错阻挡和台面位错吸除等位错抑制技术,本文介绍了各技术的原理及进展,分析了后续发展趋势及重点。循环退火和位错阻挡技术突破难度大,发展潜力小,难以将碲镉汞位错密度控制在5×105 cm-2以内。台面位错吸除技术目前已经显示出了巨大的发展潜力和价值,后续与芯片工艺融合后,有望大幅促进低成本长波、中长波、甚长波器件的发展。     

碲镉汞红外焦平面器件热失配应力研究

采用有限元分析方法研究了碲镉汞红外焦平面器件在低温下由于不同热膨胀系数引起的热失配应力,提出了两种焦平面器件结构,可以有效地降低热应力,并应用于实际器件的制备,明显提高了碲镉汞焦平面器件的可靠性.