InAs/GaSb II类超晶格红外探测技术研究进展

InAs/GaSb II类超晶格是一项新型的红外焦平面技术,其响应波长可以覆盖3～30 μm 的光谱范围,具有均匀性好、暗电流低和量子效率较高等优点,是最有希望的碲镉汞的替代技术。1987年,人们发现了其在红外探测领域的应用价值后,II类超晶格材料和器件的研究获得了极大的关注,特别是近年来II类超晶格探测器的发展在国际上极为迅速,美欧等一些技术先进的国家已经获得了大规模、高性能的超晶格焦平面探测器并实现了清晰的实验室红外热成像。本文简要介绍该项新型红外探测技术的基本原理、技术特点、技术关键及其在国内外的发展趋势。     

高灵敏度II类超晶格长波红外探测系统研究

以Ⅱ类超晶格320×256长波红外探测器为核心部件,开发了一套高灵敏度长波红外探测系统.介绍了Ⅱ类超晶格红外探测器的技术指标及系统的主要结构和工作方式.为充分发挥该红外探测器的灵敏度,设计了高灵敏度信息获取系统,并介绍了该信息获取系统的软硬件设计.该信息获取系统采用了自适应信号调理技术,以降低信息获取噪声,提升探测系统的灵敏度和动态范围.最后对整套长波红外探测系统开展了信息获取噪声测试、系统性能测试及外场成像实验.实验结果表明:长波红外探测系统的信息获取噪声低至0. 065 m V,系统的噪声等效温差(NETD)达到19. 6 m K,黑体探测率为7. 72×10~(10),外场成像质量良好,图像细节清晰,对比度高.该长波红外探测系统有利于推动Ⅱ类超晶格红外探测器在高灵敏度长波红外遥感探测中的应用.     

II类超晶格探测器背面减薄技术研究

为了验证外延材料制备工艺试验的正确性,减少GaSb衬底对红外光的吸收,同时提升探测器的可靠性和长期稳定性,需要对II类超晶格红外探测器的GaSb衬底进行减薄处理。采用机械抛光法和机械化学抛光法实现II类超晶格探测器的GaSb衬底背面减薄,最后利用专用腐蚀液腐蚀的方法将GaSb衬底全部去除,使II类超晶格材料完全露出。扫描电镜测试表明,超晶格材料腐蚀阻挡层能起到较好的阻挡作用,材料表面光滑,衬底无残留。探测器性能测试结果表明,减薄后的探测器芯片性能未发生变化。     

InAs/GaSbⅡ类超晶格与HgCdTe红外探测器的比较研究

HgCdTe、QWIP和InAs/GaSbⅡ类超晶格被公认是第三代红外焦平面探测器的首选。主要对比分析了HgCdTe和InAs/GaSbⅡ类超晶格红外探测器,InAs/GaSbⅡ类超晶格具有响应波段宽且精确可控、工作温度高、载流子寿命长、暗电流低和均匀性好等优点,使其在甚长波、多色以及非制冷红外焦平面阵列等方面具有广阔的发展应用前景。     

InAs/(In)GaSb Ⅱ类超晶格红外探测器研究现状

InAs/GaSb Ⅱ类超晶格具有优越的材料性能,量子效率高,暗电流小,能带结构可调,在国际上被认为是第三代红外焦平面探测器的优选材料.对目前Ⅱ类超晶格红外焦平面在国外的发展状况、现有的材料技术、探测器技术以及潜在的应用进行了介绍,旨在尽快发展属于我国的第三代InAs/(In)GaSb Ⅱ类超晶格红外探测器技术.     

InAs基InAs/Ga（As）Sb II类超晶格长波红外探测器湿法腐蚀研究

开展了InAs基InAs/Ga（As）Sb II类超晶格长波红外探测器的湿法腐蚀工艺研究.选择的腐蚀液由柠檬酸、磷酸和过氧化氢组成,先后在InAs、GaSb体材料和InAs/Ga（As）Sb II类超晶格上进行了湿法腐蚀实验,分别获得了其最佳的腐蚀液组分及配比.使用优化的磷酸系腐蚀液对InAs/Ga（As）Sb II类超晶格进行腐蚀,获得的腐蚀表面粗糙度仅为1 nm.然后使用改进的工艺制备了50 ％截止波长为12 μm的超晶格长波单元器件,实验结果表明磷酸系腐蚀液可以获得低暗电流密度的InAs基InAs/Ga（As）Sb II类超晶格长波红外探测器.另外,在81 K下,该探测器的表面电阻率（ρ_Surface）为4.4 × 10³ Ωcm.     

二类超晶格红外焦平面探测器的研究进展

近几年,二类超晶格红外探测器在材料生长、器件结构设计、器件制备上经历了快速的发展,使得二类超晶格成为除碲镉汞外最受关注的红外探测器材料。本文简要介绍了二类超晶格的优势,总结了国际上二类超晶格红外探测器研究进展,回顾了二类超晶格红外探测器的技术发展历程,并分析了国内二类超晶格材料与器件中存在的技术问题。     

航天光学遥感器对红外探测器的需求分析

系统论述了航天光学遥感技术的定义、红外遥感区别于可见光遥感的技术优势以及国内外红外遥感器的发展现状。全面分析了未来红外遥感器在资源、海洋、环境、空间红外观测、红外侦察和导弹预警等军民应用领域的具体需求以及超光谱、静止轨道等特殊红外遥感器的潜在需求。在此基础上,通过分析各类遥感器的技术指标和国外的技术差距,战略性地提出了未来军民用各个遥感领域红外光学遥感器发展对核心器件——红外探测器需求和发展建议。     

势垒型InAs/InAsSb II类超晶格红外探测器研究进展（特邀）

红外探测技术在卫星侦察、军事制导、天文观测、医疗检测、现代通信等重要领域发挥着关键作用。II类超晶格（T2SLs）红外探测器作为继碲镉汞探测器之后的新一代红外探测材料,在稳定性、可制造性和成本等方面具有独特优势。势垒型InAs/InAsSb T2SLs红外探测器是最具潜力的T2SLs红外探测器之一,近年来其关键性能得到了稳步提高,但仍受吸收系数低、异质外延生长困难和暗电流大等因素的制约。文中综述了III-V族T2SLs的发展历程,分析了势垒型InAs/InAsSb T2SLs红外探测器的不同势垒结构、关键性能和发展趋势,指出了势垒型InAs/InAsSb T2SLs红外探测器需要解决的关键问题和未来发展方向。     

锑化物超晶格红外探测器的研究进展

InAs/InGaSb超晶格具有特殊的能带结构,优越的材料性能,被认为是第三代红外探测器的首选材料。对InAs/InGaSb超晶格的材料性能、材料生长、探测器结构和探测器研究进展进行了介绍,并指出了超晶格探测器进一步发展需要解决的问题及其广阔的应用前景。     

InAs/GaSb II型超晶格红外探测器的研究进展

InAs/GaSb Ⅱ型超晶格材料理论上性能优于HgCdTe、InSb等红外探测材料,基于成熟的Ⅲ-V族化合物材料与器件工艺,使得Ⅱ型超晶格材料容易满足均匀大面阵、双色或多色集成等红外探测器的要求,因而InAs/GaSb Ⅱ型超晶格材料将逐步替代HgCdTe、InSb等材料成为第三代红外探测器的首选材料。本文阐述了InAs/GaSb超晶格红外探测器的基本原理、以及材料生长和器件结构,并对其研究进展进行了综述性介绍。     

红外探测器探测率的研究与分析

在介绍了红外探测器的组成与工作原理的基础上,分析了红外焦平面探测器的噪声等效功率、探测率对空间红外遥感器成像性能的影响,对红外焦平面探测器探测率的影响因素进行了深入研究。通过理论分析,探测率测量值受测试条件影响,积分时间、辐射源温度、背景辐射和1/f噪声等因素对探测器探测率的测试结果都有一定的影响。     

航天遥感红外探测器需求与发展北大核心CSCD

航天红外遥感已广泛地应用于军事国防、大气探测、水体探测、资源探测和空间天文观测等领域,航天遥感红外探测器是遥感载荷的核心器件。本文对航天遥感红外探测器需求的关键指标进行了分析,将航天遥感红外探测器分为成像类、光谱类和天文探测类,并介绍了三类探测器的特点和发展现状。     

空间遥感器线阵与面阵探测器共基板焦面组件设计

空间遥感器的焦面组件是空间遥感器的一个关键部组件,完成光信号到电信号的转变功能,要求其具有高拼接精度、高稳定性和高度轻量化的性能。针对某深空探测遥感器兼具推扫成像和凝视成像的功能需求,设计了一种线阵面阵探测器共基板的焦面组件,主要包括焦面基板、CCD组件、CMOS组件和视频处理电路板等。通过合理的布局,在一块焦面基板上完成了三片CCD芯片和两片CMOS芯片的布局设计,结构紧凑,散热效果好,同时利用铜片分割和电箱结构覆盖的手段提升了焦面组件的电测兼容性能。完成焦面组件的拼接,CCD探测器的搭接误差优于±2 μm,各个探测器的共线和平行度误差优于±2 μm,共面度误差优于±2.5 μm。最终,对焦面组件开展了力、热环境试验,探测器的共线、平行度和共面度误差均无变化,表明焦面组件具有足够高的拼接精度和稳定性,焦面组件的基频为135 Hz,具有足够高的动态刚度,同时,还对整机进行了电磁兼容试验,性能良好。     

一种高分辨率红外探测器组件的扰动抑制设计

随着空间遥感技术的快速发展,高分辨率的超大规模拼接类红外探测器的空间应用需求加大.但此类探测器组件的制冷机在工作时扰动明显,这会影响探测器的成像质量,因此需对该扰动进行抑制,以保证探测器组件的在轨工作状态.介绍了一种首次为超大规模红外探测器组件引入自身减振设计结构并验证有效的研究成果.项目根据获得的制冷机扰动测试结果,...     

Pyroelectric infrared detector for precision earth sensor

Two new types of infrared detectors have been developed for the precision earth sensor in the three axis stabilized satellite, Engineering Test Satellite VI (ETS-VI). Both detectors have a pair of infrared sensing elements, each of which is made of a pyroelectric material and mounted on an immersion lens. A-type element is a flake of lead titanate ceramic, and B-type is a sputtered epitaxial film of calcium-modified lead titanate. The precision earth sensor consists of a scanning mirror and an infrared telescope containing an objective lens, plus either type of infrared detector. Detectivity of each type at 120Hz, which is the nominal frequency of the earth sensor's signal, is 1.5×10⁹Hz^1/2/W(A-type) and 2.7×10⁹Hz^1/2/W(B-type) at 14～16.25μm. Each value is 2.5 and 4.5 times as high as the previous model in ETS-V. A-type detector passed the space environmental test and the random error cf attitude measurement was 0.03 deg with the preliminary model of the earth sensor being ahead of the breadboard model. This measurement accuracy is nearly equal to that of the foremost earth sensor. A-type was chosen as the detector for ETS-VI. The random error of the earth sensor with B-type detector is 0.012deg, smaller than a half of the A-type sensor's error. Investigation of B-type is being continued in order to confirm its reliability for space use.     

320×256二类超晶格探测器驱动电路的设计

为了验证二类超晶格红外探测器的性能,设计了探测器的驱动电路。因红外探测器的灵敏度高,设计了低噪声电源偏置电路,优化了电路板的布局。结合320×256长波红外焦平面组件特点设计的驱动电路为探测器组件提供电源与偏置电压、时序与控制信号。实验结果表明,该驱动电路能基本满足二类超晶格红外成像系统低噪声、高精度的要求。     

星载红外探测器快速反射镜控制系统设计

像移补偿是保证星载红外探测器成像质量的关键技术之一,针对某星载红外探测器光学系统的设计特点和成像工作模式,为补偿红外探测器在轨运行方向产生的像移和摆扫方向产生的像移,提出分别对俯仰方向快速反射镜和方位方向快速反射镜实施控制的方案。首先介绍红外遥感原理及像移现象;其次详细分析红外探测器光学系统的设计特点和光学系统组成;然后重点分析了红外探测器在轨工作中的像移产生的原因,并计算出在轨运行方向产生的像移量和摆扫方向产生的像移量;最后提出像移补偿方案,阐明其工作原理,并对像移控制系统硬件设计进行了详细分析。计算结果表明所设计的像移补偿系统的运动范围和运动加速度满足红外探测器技术指标的要求。     

地平仪用薄膜型红外热敏探测器的制备研究

红外地平仪是卫星姿态控制系统的重要设备之一,而热敏电阻红外探头又是 红外地平仪的一个关键部件,其质量会直接影响地平仪的性能和可靠性。随着近代空间技术的 不断发展,下一代红外地平仪对研制高可靠性、长线列的红外热敏探测器的需求日益迫切。近 年来,人们采用化学溶液法在制备锰钴镍氧(Mn-Co-Ni-O或MCN)薄膜材料方面取得了突破。该材料的 致密性远远超过陶瓷体材料,可以为长寿命、高可靠性的热敏器件提供一个很好的解决方案。而MCN 薄膜型探测器的类微电子制备技术也为实现长线列的多元热敏探测器奠定了基础。采用微 电子工艺制作了地平仪用锰钴镍薄膜型红外热敏探测器,并对其中的一些关键工艺(如刻蚀和 退火等)进行了颇有裨益的研究。这些新工艺和新方法对于实现薄膜热敏红外探测器在我国空间观测与遥感技术领 域的工程应用以及提高红外地平仪的可靠性和使用寿命都有着重要意义。