InAlSb红外光电二极管性能研究

在InSb衬底上利用分子束外延生长了p-i-n结构的InAlSb/InSb材料,通过在吸收层和接触层之间生长宽禁带的InAlSb势垒层,验证了势垒层对耗尽层中暗电流的抑制作用。分别基于外延生长的InAlSb材料和InSb体材料,借助标准工艺制备出二极管,并对其电性能进行测量分析,研究发现:77 K温度时,在-0.1 V的外偏电压下,p+-p+-n--n+结构和p+-n--n+结构InAlSb器件的反偏电流分别为3.410-6 Acm-2和7.810-6 Acm-2。基于p+-p+-n--n+结构研制的InAlSb二极管的暗电流保持在一个很低的水平,这为提高红外探测器的工作温度提供了重要基础。     

InSb衬底表面的氧化层研究

能在高温下工作的InSb基InAlSb红外探测器是新一代红外探测器的发展方向。对衬底表面氧化层的研究是该研究方向的基础。利用椭偏仪(Spectroscopic Ellipsometry,SE)、X射线光电子能谱分析(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)对用现工艺生长的InSb衬底表面氧化层进行了分析。从常用的腐蚀液中挑选了较优的腐蚀液,调节配比,试验加入无机酸后的效果,获得了较优的表面氧化层处理液。对处理后的表面氧化层的稳定性进行了对比,分析了其主要成分的变化,最终获得了满足Epi-ready InSb晶片表面氧化层参数的衬底,为后面高温工作探测组件的研究打好了基础。     

外延型InSb(InAlSb)探测器工艺分析

结合相关文献对近年来InSb基MBE外延InSb(InAlSb)材料工艺及器件性能进行了梳理分析和总结,对还存在的问题进行了探讨。InSb基外延材料(尤其是InAlSb)确实具有低暗电流、噪声抑制、高工作温度和温度稳定性优势,但材料中存在的较多缺陷影响了探测器的信号电流、探测率、响应率和电阻。分子(原子)氢脱氧技术、生长温度和V/III比等工艺参数优化可以降低材料表面缺陷,提高像元的均匀一致性;继续优化材料结构和掺杂,可以提高探测器的信号响应和工作温度;继续优化刻蚀等器件工艺可为外延型大面阵焦平面阵列制备奠定基础。     

4英寸高质量InSb晶体生长研究

InSb晶体是制备中波红外探测器的重要材料。为了满足新一代超大规模阵列红外焦平面探测器的发展需求,开展了大尺寸InSb晶体的生长研究,解决了晶体生长的诸多关键技术,成功地生长出了直径为4 in的高质量InSb单晶,并加工出了高质量的4 in InSb抛光晶片。测试表明,直径大于120 mm的晶体长度超过100 mm,晶体位错密度小于100 cm^-2,其电学参数均匀,载流子浓度、载流子迁移率均满足制备高性能大规格红外焦平面探测器的要求。这为新一代超大规模阵列红外焦平面探测器的发展奠定了良好的材料基础。     

锑化铟红外焦平面探测器发展现状

近年来,红外探测器技术发展迅速,在国防、气象、红外遥感和航空航天等众多领域应用广泛。作为中波红外波段最重要的探测器之一,锑化铟(InSb)红外焦平面探测器具有量子效率极高、暗电流小、器件响应线性度高、稳定性好、灵敏度极高等特点,因此备受人们的关注和重视。InSb焦平面探测器性价比高,优势十分突出,其快速发展在很大程度上提高了红外整机性能,同时还覆盖了导弹精确制导、卫星预警探测、机载搜索侦察、红外成像及消防、医疗、电力检测、工业测温等军民两用领域。梳理了国外发达国家在InSb红外焦平面探测器方面的研究情况,分析了其发展方向并对发展前景及趋势进行了展望。     

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。     

100 mm直径低位错密度InSb单晶生长研究

InSb是一种重要的中波红外探测器材料。为了满足更大规模、更高质量红外焦平面探测器的发展要求,对100 mm直径低位错密度InSb单晶的生长进行了研究。通过改良生长方法、优化籽晶、改进缩颈工艺、优化热场,最终获得位错密度小于等于100 cm-2、直径大于等于100 mm的大尺寸低位错密度InSb晶体。晶体沿晶棒从头到尾部的位错密度分布均匀,可用率高,能够满足大规模高质量红外焦平面探测器的使用需求。     

InSb红外探测器组件的无输出问题研究

研究了InSb红外探测器组件的无输出问题。通过故障分析确定探测器的失效部件为InSb芯片。结合器件结构和工艺,对InSb器件的失效机理进行了研究。发现器件在去胶工艺中有光刻胶残留,在后续的钝化工艺中会生成难以腐蚀去除的沾污层,导致电极膜层存在可靠性隐患。经历高温、振动等环境试验后电极浮起,导致了探测器组件的无输出问题。     

分子束外延InAlSb/InSb晶体的质量研究

InAlSb/InSb薄膜材料的晶体质量会直接影响器件的性能。提高薄膜材料的晶体质量可以有效降低器件的暗电流,提高探测率和均匀性等。主要报道了掺铝锑化铟分子束外延技术的初步研究结果。通过采用多种测试方法对InAlSb分子束外延膜的晶体质量进行了分析,找出了影响晶体质量的因素,提高了InAlSb分子束外延的技术水平。实验结果表明,通过优化生长温度、束流比、升降温速率以及退火工艺等生长条件,可以获得高质量的InAlSb分子束外延膜。     

4 in InSb晶片加工技术研究

在红外探测领域,InSb材料已经大规模地被用于制造3～5 μm波长范围的焦平面阵列探测器。对更大规模、更高性能探测器的需求日益增长,而该类探测器需要在更大尺寸、更高质量的晶片上制备。所以,对4 in InSb晶片加工技术进行了研究。通过优化研磨、抛光工艺参数,最终获得总厚度偏差小于等于10 μm、翘曲度小于等于20 μm、表面粗糙度小于1 nm、表面质量优的4 in InSb晶片,提高了加工效率,能够满足大规模高质量红外焦平面探测器的使用需求。     

分子束外延InAlSb红外探测器光电性能的温度效应

采用分子束外延生长方法在InSb （100）衬底上生长p+-p+-n-n+势垒型结构的In1-xAlxSb外延层。运用X射线衍射对材料的晶体质量及Al组分进行测试和表征,InAlSb外延层的半峰宽为0.05,表明外延材料的单晶性能良好,并通过布拉格方程和维戈定律计算出Al组分为2.5%。然后将外延材料制备成多元红外探测并测得77~210 K下的光谱响应曲线,实验发现探测器的截止波长从77 K时的4.48 m增加至210 K时的4.95 m。通过数据拟合得出In0.975Al0.025Sb禁带宽度的Varshni关系式以及其参数Eg（0）、和的值分别为0.238 6 eV,2.8710-4 eV/K,166.9 K。经I-V测试发现,在110 K,-0.1 V偏压下,器件的暗电流密度低至1.0910-5 A/cm-2,阻抗为1.40104 cm2,相当于77 K下InSb探测器的性能。同时分析了温度对器件不同类型的暗电流的影响程度,并得到器件的扩散电流与产生-复合电流的转变温度约为120 K。     

金电极薄膜微应力对InSb芯片性能的影响研究

基于锑化铟(InSb)红外探测器的大批量生产,发现电极薄膜微应力会引起 器件性能劣化。通过实验设计验证了金电极薄膜微应力对InSb芯片探测率、灵敏度和可靠性的 影响。研究了电极薄膜微应力的可恢复性及其作用机理,并提出了控制和优化电极微应力的途径,为 从工艺结构上提高红外探测器的性能和可靠性奠定了理论参考和实验基础。     

InSb红外焦平面探测器十字盲元问题的研究

InSb红外焦平面探测器在中波红外波段占据重要地位,但十字盲元问题严重降低了探测器的性能。通过聚焦离子束定位剥离手段,发现了十字盲元区域的铟凸点失效。进一步检测发现,铟凸点制备参数欠佳。通过改进铟凸点形状和增加高度,加强了焊接面的牢固度。此后发现极少InSb器件存在十字盲元问题。在80℃下对铟凸点改进后的InSb红外器件进行了14天烘烤。经测试,十字盲元数目保持不变,铟凸点的可靠性较好。改进铟凸点制备技术可有效解决十字盲元问题。互连失效是十字盲元问题的主要原因。以此类推,该方法可解决所有InSb红外器件的十字盲元问题。     

锑化物中/中波双色红外探测器研究进展

面对第三代红外探测器对多波段探测的需求,中/中波双色同时获取两个波段的目标信息,对复杂的背景进行抑制,可以有效排除干扰源的影响,提高了探测的准确性,增强了在人工及复杂背景干扰下的目标识别能力,因此中/中波双色探测器设计和制备最近快速发展起来。锑化铟红外探测器通过分光可实现两个中波波段的探测,锑化物Ⅱ类超晶格探测器通过能带结构设计实现多波段探测。本文阐述了锑化物中/中波双色红外探测器的主要技术路线和目前研究进展,与传统InSb双色探测器相比,中/中波双色超晶格红外器件用于红外成像探测具有鲜明的特点和优势,但需要在探测器结构设计、锑化物超晶格材料生长、阵列器件制备等方面进行进一步研究,以提高探测性能,满足工程化应用需求。