高温超导薄膜红外探测器研究

文章对高温超导薄膜红外探测器进行了基本理论分析，给出了器件设计思想，并报导了用高ＴｃＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－ｘ薄膜制备的单元红外探测器，２×２阵列红外探测器的实验结果。在液氮温度下得到的最好结果是噪声等效功率ＮＥＰ（５００，１０，１）＝３．８×１０－１２ＷＨｚ－１／２，探测率Ｄ＊＝１．７×１０１０ｃｍＨｚ１／２Ｗ－１，响应度Ｒｖ＝３３１２ＶＷ－１。器件经过十多次的冷热循环，并在室温下保存一年以上。所得测量结果基本不变。     

多元多色HgCdTe红外探测器

简要介绍利用不同波段的微型滤光片和不同响应波段的多元ＨｇＣｄＴｅ红外探测器,叙述了通过精密镶嵌技术组合而成的四波段２１５～２２５μｍ、８４～８９μｍ、１０３～１１３μｍ和１１５～１２５μｍ８８元多元多色探测器的设计原理和特性,以及多元多色探测器的组合工艺,并给出了各个通道的响应光谱特性和探测器的工作性能。研制成功的８８元多色红外探测器每个通道的平均探测率和响应率分别为：Ｄ２．１５～２．２５＝１．２×１０１２ｃｍＨｚ１／２／Ｗ和Ｒ２．１５～２．２５＝５．０×１０６Ｖ／Ｗ,Ｄ８．４～８．９＝７．０×１０１０ｃｍＨｚ１／２／Ｗ和Ｒ８．４～８．９＝１．６×１０４Ｖ／Ｗ,Ｄ１０．３～１１．３＝４．０×１０１０ｃｍＨｚ１／２／Ｗ和Ｒ１０．３～１１．３＝４．３×１０３Ｖ／Ｗ,Ｄ１１．５～１２．５＝３．０×１０１０ｃｍＨｚ１／２／Ｗ和Ｒ１１．５～１２．５＝３．３×１０３Ｖ／Ｗ,文中对这些结果进行了分析和讨论。     

高温超导GdBa2Cu3O7—δ薄膜双晶晶界结及光探测器

在晶界夹角为２４°的Ｚｒ（Ｙ）Ｏ２人工双晶基片上制备高温超导双晶Ｇｄ－Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７－δ薄膜，用光刻技术在晶界上刻出１０×１０ｍ２的双晶晶界结，它与外电路一起构成光探测器。在８０Ｋ用Ｈｅ－Ｎｅ激光和５００Ｋ黑体作为辐射源测量了光探测器的响应特性。探测结果：噪声等效功率ＮＥＰ分别为６．７×１０－１４和３．８×１０１４ＷＨｚ－１／２，归一化探测率分别为１．４×１０１０和２．６×１０１０ｃｍＨｚ１／２Ｗ－１；响应度分别为１．８×１０７和３．２×１０７ＶＷ－１。     

高性能高温超导红外探测器

选用高温超导体ＹＢＣＯ薄膜，利用集成微加工工艺，制成高温超导红外探测器。测得器件的等效噪声功率ＮＥＰ达到１０－１２Ｗ／Ｈｚ１／２，探测率Ｄ为１０９ｃｍＨｚ１／２／Ｗ，其中最好的器件性能为Ｄ＝１．８×１０１０ｃｍＨｚ１／２／Ｗ，表明这类探测器已进入实用阶段，成为红外探测技术发展的新方向之一。     

YBCO薄膜红外探测器研究的新进展

用ＹＢＣＯ／ＬａＡｌＯ＿３薄膜制成的１ｍｍ红外探测器，经技术保护之后，寿命已达３年。其Ｄ（５００，１０，１）＝３．７×１０￣９ｃｍＨｚ￣（１／２）Ｗ￣（－１），ＮＥＰ（５００，１０，１）＝２．４×１０￣（－１１）ＷＨｚ￣（－１／２）；超导微桥（５０μｍ×１０μｍ）红外探测器，其Ｄ（５００，１０，１）＝１×１０￣９ｃｍＨｚ￣（１／２）Ｗ￣（－１），ＮＥＰ（５００，１０，１）＝２．３×１０￣（－１２）ＷＨｚ￣（－１／２）。     

YBa_2Cu_3O_（7－δ）高温超导薄膜线列探测器的研究

采用准分子激光扫描消融法淀积性能均匀的ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_（７－δ）高温超导薄膜，用离子束刻蚀进行器件的图形制备，获得了非均匀性小于１０％的ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_（７－δ）高温超导薄膜８元线列探测器．测试了器件在８～１４μｍ波段的性能及光响应特性，单元探测器为４０×１００μｍ２的微桥结构．器件的平均归一化探测率为１．４４×１０９ｃｍＨｚ１／２ｗ－１，平均噪声等效功率为４．４×１０－１２ＷＨｚ－１／２，Ｄ的非均匀性小于１０％．研究结果表明：该线列探测器具有良好的均匀性，证实了该工艺适用于制备均匀性良好的高温超导薄膜红外探测器阵列．     

GaAs／AlGaAs多量子阱二维面阵红外探测器

本文报道１０×１６元二维面阵ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多量子阱红外探测器的研究进展．通过表面光栅耦合，采用垂直入射的工作模式，在Ｔ＝８０Ｋ时探测率为２．９e１０ｃｍ·Ｈｚ（１／２）／Ｗ，电压响应率为１．３e４Ｖ／Ｗ．各测试单元间探测率和电压响应率的偏差小于１８％，串音小于０．４５％，在最大探测率偏置条件下，器件的暗电流密度为６．２e－）Ａ／ｃｍ２．     

分子束外延HgCdTe／GaAs的生长和光伏探测器的研制

文中报导了用分子束外廷工艺在ＧａＡｓ（２１１）Ｂ衬底上生长了较高质量的中、长波ＨｇＣｄＴｅ薄膜材料。生长后的材料通过退火进行转型和调节电性参数。选择的组分分别为ｘ＝０．３３０和０．２２６的两种材料，７７Ｋ时载流子浓度和迁移率分别为ｐ＝６．７×１０１５ｃｍ－３、ｕｐ＝２６０ｃｍ２Ｖ－１ｓ－１和４．４５×１０１５ｃｍ－３、４１０ｃｍ２Ｖ－１ｓ－１。研制了平面型中、长波线列光伏探测器，其典型的探测器Ｄ分别为５．０×１０１０ｃｍＨｚ１／２Ｗ－１和２．６８×１０１０ｃｍＨｚ１／２Ｗ－１（１８０°视场下），其中６４元线列中波探测器与ＣＭＯＳ电路芯片在杜瓦瓶中耦含后读出并实现了红外成像演示。     

HgCdTe分子束外延薄膜的研制

本文概要报导我们ＨｇＣｄＴｅＭＢＥ上作的最近进展。一批面积２．０－１６．６ｃｍ２，组份ｘ０．１８８－０．３０，载流子浓度７．８１×１０１４～１．０×１０１６ｃｍ－３，迁移率１．０×１０４～１．４５×１０５ｃｍ２ｖ－１．ｓ－１和ｘ射线双晶衍射半峰宽（ＦＷＨＭ）６４～１００ａｒｃｓｅｃ的Ｎ型原生ＨｇＣｄＴｅ外延膜已经得到，某些参数已接近或达到国外报导的典型值，并在国内首先研制了直径为５０ｍｍ的ＨｇＣｄＴｅ外延膜。为了评价材料的特性，用一块Ｘ＝０．２４３的外延膜经适当热处理后研制了光伏探测器试验阵列，其最好的一元探测率Ｄλ＊＝２．４４×１０１０ｃｍＨｚ１／２Ｗ－１（λｃ＝７．９μｍ）。     

20μm高灵敏浸没型碲镉汞红外探测器

报道了一种新型高灵敏浸没型ＨｇＣｄＴｅ红外探测器的研制，获得了Ｄ＾＊＝１．４６×１０＾１１ｃｍＨｚ＾１／２Ｗ＾－１，Ｒ＝６０８Ｖ／Ｗ，λｃ（２０％）－２０μ，灵敏元面积Ａ＝０．１２×０．１２ｍｍ＾２，和有效通光孔径ψ＝６ｍｍ的浸没型器件。     

低能离子束成结制作10．6μm碲镉汞光伏探测器

制作光伏型碲镉汞（ＭＣＴ）探测器ＰＮ结常用的方法是离子注入法。近几年的研究发现，低能离子束成结更适合制作长波光伏型ＭＣＴ探测器。本文报导了低能离子束成结的１０．６μｍ光伏型碲镉汞探测器的性能，衬底为载流子浓度在０．８～６×１０￣（１６）ｃｍ￣（－３）范围的Ｐ型ＭＣＴ材料，离子束能量范围为１００～６００ｅＶ，通过离子束处理，可在Ｐ型ＭＣＴ表面形成一薄层较低载流子浓度的Ｎ型区，而制成ＮＰ结，利用该技术成结制作的大面积、四象限１０．６μｍＭＣＴ探测器，在－２０ｍＶ的偏压，８０Ｋ的温度下，器件的峰值响应率和峰值分别为３２４．５Ｖ／Ｗ和１．１３×１０￣（１０）ｃｍＨｚ￣（１／２）／Ｗ，每元光敏面积为６．８８×１０￣（－３）ｃｍ￣２。     

高TcGdBa2Cu3O7—δ薄膜双晶结光探测器

研制了具有约瑟夫逊效应的高ＴｃＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－δ薄膜双晶晶界结，按照光助隧道效应的原理我们用双晶结进行光探测，光源是波长为０．６３２８μｍ的Ｈｅ－Ｎｅ激光器，系统观测了高Ｔｃ ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－δ双晶结的光响应特性，最好的结果为：噪声等效功率ＮＥＰ＝４．３×１０＾－１４ＷＨｚ＾－１／２，归一化探测率Ｄ＾８＝１．２×１０＾１０ｃｍＨｚ＾１／２Ｗ＾－１，响应率Ｒｖ＝３．５×１０＾７Ｖ／Ｗ，     

非晶硅X－射线探测阵列的研究

研制出ａ－Ｓｉ：Ｈｐｉｎ型Ｘ－射线间接探测线阵，它探测的是Ｘ－射线在闪光体（Ｃｓｌ）所激发的荧光，制备出单元面积分别为２．５×２．５ｍｍ２、１．６×１．６ｍｍ２和１００×１００μｍ２的１６、２５、３２０单元的线阵．器件的暗电流达到１e－１２Ａ／ｍｍ２（－１０ｍＶ），光灵敏度～０．３５μＡ／μＷ（６００ｎｍ）．本文报道了Ｘ－射线探测阵列的制备及测试结果．     

砷注入碲镉汞P—on—N结的电流电压特性

最近,选用Ｎ 型体材料碲镉汞（Ｈｇ１－ ｘＣｄｘＴｅ） 作衬底,成功制备了平面ＰｏｎＮ 结构的光电二极管。文中报道了制备各个波段ＰｏｎＮ 结的一些进展。碲镉汞平面ＰｏｎＮ 结采用砷掺杂在Ｎ 型衬底上形成Ｐ区,砷掺杂由砷离子注入加上退火扩散形成。对ＰｏｎＮ 二极管的电流电压关系温度特性的研究表明：直到１４０Ｋ,长波（λｃ ＝ ９ ．１μｍ）ＰｏｎＮ 结的暗电流以扩散电流为主。制备了从中波到长波各个波段的碲镉汞ＰｏｎＮ 结构红外探测器。目前,对于λｃ ＝ ５ ．２μｍ 的器件,Ｒ０ Ａ 值达到６８Ωｃｍ２ ,黑体探测率Ｄ＊ｂｂ（５００Ｋ） 可达２ ×１０１０ｃｍ Ｈｚ１／２／ Ｗ;对于λｃ ＝ １４ ．５μｍ 的器件,Ｒ０ Ａ 值达到０－２Ωｃｍ２ ,黑体探测率Ｄ＊ｂｂ（５００Ｋ） 可达１ ×１０９ｃｍ Ｈｚ１／２／ Ｗ。     

2×8元列阵高温超导探测器研制

选用高Ｔｃ超导薄膜ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－８，引用半导体集成工艺，制出２×８元列阵红外探测器，其探测率Ｄ均达到１０＾８￣１０＾９ｃｍ·Ｈｚ＾１／２·Ｗ＾－１，工作温度为８９Ｋ。     

LATGS—PVDF热释电复合薄膜研究

研制了ＬＡＴＧＳ－ＰＶＤＦ热释电复合薄膜，测试分析了膜的介电和热释电性能．制膜过程中加极化电场使复合膜中ＬＡＴＧＳ晶粒的内偏场沿极化场取向，达到既具有好的热释电性又不退极化的目的．用这种复合膜研制的热释电探测器的探测率Ｄ＊（５００Ｋ，１０Ｈｚ）高达１．１２×１０８ｃｍ·Ｈｚ１／２·Ｗ－１．     

3～5.3μmIn_xGa_(1-x)As/Al_yGa_(1-y)As/Al_zGa_(1-z)As非对称台阶量子阱红外探测器

本文报道我们率先研制出的３～５．３μｍＩｎｘＧａ１－ｘＡｓ／ＡｌｙＧａ１－ｙＡｓ／ＡｌｚＧａ１－ｚＡｓ非对称台阶量子阱红外探测器的制备和性能．该探测器具有光伏特征，７７Ｋ温度、±７Ｖ外偏压下的５００Ｋ黑体探测率达到约１．０×１０１０ｃｍ·Ｈｚ１／２／Ｗ，并且，与１→２子带间跃迁相对应的光电流峰值响应波长可随外偏压在中红外（３～５．３μｍ）波段作适当调谐．运用平面波展开法，依据样品的阱、垒结构参数，计算了ＩｎｘＧａ１－ｘＡｓ／ＡｌｙＧａ１－ｙＡｓ／ＡｌｚＧａ１－ｚＡｓ非对称台阶量子阱１→２子带间跃迁的Ｓｔａ     

CO2激光制导用光伏碲镉汞四象限探测器组件

报道了ＣＯ_２激光制导用光伏ＨｇＣｄＴｅ四象限探测器组件研究的进展情况，采用中ＨｇＣｄＴｅ体晶材料已制备出直径达２ｍｍ的四象限二极管阵列，其平均探测率为１．４１×１０（１０）ｃｍＨｚ（１／２）／Ｗ，平均响应率为２１４Ｖ／Ｗ。该探测器配有四通道的前置放大器，整个组件具有３．１５×１０（１０）ｃｍＨｚ（１／２）／Ｗ的平均探测率和优于±３％的响应均匀性。     

GaAs／GaAlAs中红外量子阱探测器和双色量子阱红外探测器

本文报道我们在国内率先研制的ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ中红外（３～５μｍ）量子阱探测器和双色量子阱红外探测器的制备和性能．ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ中红外量子阱探测器是光伏型，探测峰值波长为５．３μｍ，８５Ｋ下的５００Ｋ黑体探测率为３e９ｃｍ·Ｈｚ１／２／Ｗ，峰值探测率达到５×１０１１ｃｍ·Ｈｚ１／２／Ｗ，阻抗为５０ＭΩ．ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ双色量子阱红外探测器是偏压控制型的两端器件，在零偏压下该探测器仅在３～５μｍ波段有响应，响应峰值波长为５．３μｍ，８５Ｋ温度下５００Ｋ黑体探测率为３e９ｃｍ     

PVDF：TGS复合材料介电和热释电性能与膜厚度的关系

研制了不同厚度的ＰＶＤＦ：ＴＧＳ复合膜，实验结果表明：膜越薄，其介电常数，介电常数，介电损耗和热释电系数越大，对实验结果做了定性解释。研制了复合薄膜探测器，其Ｄ＊（５００Ｋ，１２．５Ｈｚ）达１．５５×１０＾８ｃｍ．Ｈｚ１／２．Ｗ－１。