64×64元InSb光伏红外探测器列阵性能表征

用改进的恒压微探针方法,对64×64元 InSb 凝视红外焦平面器件光伏探测器列阵芯片的性能进行了抽样检测和均匀性评价.测得典型64×64元 InSb 芯片的探测器平均零偏阻抗为42MΩ(90K),非均匀性为20%;平均1000K黑体响应率为2.8A/W,非均匀性为6.3%;电学串音率＜2%.讨论了性能异常芯片上存在的局部电学串音现象.     

128×160元GaAs/AlGaAs多量子阱长波红外焦平面阵列

研制了128×160元GaAs/AlGaAs多量子阱红外焦平面阵列,它是目前国内报道的最大像元数的量子阱红外焦平面阵列.77K时,器件的平均黑体响应率Rv=2.81×107V/W,平均峰值探测率Dλ*=1.28×1010cm·W-1·Hz1/2,峰值波长λp=8.1μm,器件的盲元率为1.22%.     

128×1元GaAs/AlGaAs多量子阱扫描型红外焦平面的红外成像

研制成功了128×1元GaAs/AlGaAs多量子阱扫描型红外焦平面(FPAs),器件的响应率达到RP=2.02×106V/W,截止波长为λc=8.6μm.根据常规的黑体探测率定义,得到器件的黑体探测率为Db*=2.37×109cm·Hz1/2/W,并最终获得了清晰的室温物体残留热像图.     

128×160元GaAs/AlGaAs多量子阱长波红外焦平面阵列

研制了128×160元GaAs/AlGaAs多量子阱红外焦平面阵列，它是目前国内报道的最大像元数的量子阱红外焦平面阵列. 77K时，器件的平均黑体响应率Rv＝2.81e7V/W,平均峰值探测率Dλ=1.28e10cm·W-1·Hz1/2，峰值波长λp=8.1μm，器件的盲元率为1.22%.     

256×1甚长波量子阱红外焦平面研究

GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器由于其所依据的GaAs基材料较为成熟的材料生长和器件制备工艺，使其特别适合于高均匀性、大面积红外焦平面的应用。报道了甚长波256×1元GaAs/AlGaAs多量子阱红外焦平面器件的研制成果, 探测器的峰值波长为15 μm,响应带宽大于1.5 μm。在40 K工作温度下，器件的平均黑体响应率Rp=3.96×106 V/W, 平均黑体探测率为D*=1.37×109 cm·Hz1/2/W, 不均匀性为11.3%, 并应用研制的器件获得了物体的热像图。     

混成式热释电非制冷红外焦平面探测器研究

热释电非制冷红外焦平面探测器在军民领域具有广阔的应用前景.为了实现探测器的国内工程化研制,采用混成式技术,成功研制了基于锆钛酸铅(PZT)铁电陶瓷材料,像元尺寸为35 μm×35μm,列阵规模为320×240元的非制冷红外焦平面探测器.通过自主设计,研发的非制冷焦平面测试平台,得到了此器件的基本性能参数平均电压响应率1.1×105V/W,平均探测率5.6×107cm·Hz1/2·W-1,并实现了该探测器热成像.结合实际的研究工作,较为系统地介绍和讨论了热释电非制冷红外焦平面研制过程中各项关键技术.在器件光电响应测试数据分析的基础上,进一步提出下一阶段研究工作的重点和器件性能优化的方向.     

用激光调阻法提高线列光导PbS焦平面探测器性能

首次在国内报道了用激光调阻法提高线列1×128光导PbS红外焦平面探测器性能的研究成果.针对PbS探测器芯片的特点,用激光调阻法对采用负载电阻分流型电路的焦平面探测器的背景输出电平进行平坦化研究.实验结果表明,用激光调阻使背景电平平坦化之后,通过优化器件的工作参数,探测器平均黑体响应率由4.45×106V/W提高到8.82×106V/W;平均黑体探测率由6.52×109cm·Hz1/2·W-1提高到1×1010cm·Hz1/2·W-1;动态范围由46 dB提高到52 dB.研究结果为今后的薄膜型焦平面探测器实用化提供了参考.     

一种具有高填充因子吸收层和低失调低噪声读出电路的红外探测系统

使用红外探测器及读出电路,研制成功非制冷红外探测系统.探测器用二极管作为温度传感器,使其与集成电路工艺相兼容.采用了新的器件结构,使得填充因子从20%提高到80%.器件的微机械结构面积为35μm×35μm.读出电路的失调电压为3μV.探测器的输出噪声为2μV.探测器的电压响应率为7 894.7 V/W,黑体探测率D*为1.56×109cmHz1/2/W,噪声等效温差为330 mK,响应时间为27 ms.     

高帧频64×64元蓝光响应增强CCD

为了实现对快速运动目标的跟踪成像或记录其快速变化的过程,研制了一种高帧频64×64元蓝光响应增强CCD.该器件的存储区采用漏斗形结构以提高其工作频率,光敏元采用多蓝光窗口来提高其蓝光响应,衬底采用较高的电阻率50 Ω·cm从而提高了其红光响应,采用MPP技术来降低暗电流.器件的帧频为2 000 f/s,在450～900 nm波长范围的平均量子效率为45％,动态范围达到15 000∶1,暗电流为30 pA/cm2.     

160×128元多量子阱长波红外焦平面探测器件研制

报道了新研制出的160×128元GaAs/AlGaAs多量子阱长波红外焦平面器件.使用MBE的方法在半绝缘的GaAs衬底上生长器件结构;开发了用普通光刻技术和离子束刻蚀法制备2D光栅技术,以及探测器芯片与读出电路互联技术.在77 K时测试,器件的平均峰值探测率D*λ=1.28×1010 cmW-1Hz1/2,峰值波长为λp=8.1μm,截止波长为λc=8.47μm.器件的非盲元率≥98.8%,不均匀性10%.     

CMOS工艺兼容的热电堆红外探测器

提出了一种CMOS工艺兼容的、并采用XeF2气体干法刻蚀工艺释放的热电堆红外探测器.探测器包括硅基体、框架、热电堆、支撑臂、红外吸收层、刻蚀开口等.作为红外吸收层的氧化硅/氮化硅复合介质膜具有多种形状的腐蚀开口,使用各向同性的干法刻蚀从正面刻蚀衬底释放器件.探测器尺寸为2 mm×2 mm,由20对多晶硅-铝热电偶组成,串联电阻16～18 kΩ.释放后的器件特性响应率13～15 V/W,探测率(1.85～2.15)×107 cmHz1/2/W,时间常数20～25ms.     

具有宽带响应的GaAs／AlGaAs多量子阱红外探测器

报道具有宽带响应的130元线列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时测得器件探测率的光谱响应曲线的半峰宽为4.3μm.在λ_p=9.5μm时的峰值探测率为4.89×10~9cmHz~(1/2)/W,电压响应率为2.89×10~4V/W.     

空间遥感用近红外InGaAs焦平面组件

介绍了InGaAs PIN探测器的结构和主要性能指标,综述了InGaAs探测器的研究进展,特别是我国空间遥感用高均匀性长线列InGaAs焦平面组件的关键技术和主要性能结果.近年来,我国空间遥感用InGaAs得到了较快发展,研制出光谱响应为0.9～1.7μm的正照射和背照射256×1元InGaAs线列焦平面组件,室温下其峰值响应率分别为7.8×1011cm·Hz1/2/W和4.5×1011 cm·Hz1/2/W,而且利用正照射256×1元InGaAs线列焦平面组件实现了扫描成像,图像清晰.此外,研制了光谱响应延展至2.4μm的256×1元InGaAs线列平面组件,其室温下峰值探测率为2.5×1010cm·Hz1/2/W.这些研究结果为下一步更长线列焦平面组件的研制提供了坚实的基础,同时器件的性能需要进一步提高,以满足空间遥感应用的要求.     

基于CMOS工艺的双层非制冷热敏电阻型红外探测器

采用0.5μm标准CMOS工艺和微机械加工工艺,设计并制作了低成本双层非制冷热敏电阻型红外探测器。探测器采用隐藏桥腿式微桥结构,使用表面牺牲层技术实现,其中包括Al、W和Si3种牺牲层材料。CMOS工艺加工完成后,双层微桥结构的微机械加工过程只需进行湿法腐蚀即可,成本较低。对双层红外探测器的热性能和光电特性进行测试,其热导为1.96×10-5 W/K,热容为2.23×10-8 J/K,热时间常数为1.14ms。当红外辐射调制频率为10Hz时,双层红外探测器的电压响应率为2.54×104 V/W,探测率为1.6×108 cm·Hz1/2/W。     

9μm截止波长128×128 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列

报道了128×128 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列的设计和制作.采用金属有机化学气相淀积外延技术生长外延材料,并在GaAs集成电路工艺线上完成工艺制作.为得到器件参数,设计制作了台面尺寸为300μm×300μm的大面积测试器件;77K下2V偏压时暗电流密度为1.5×10-3A/cm2;80K工作温度下,器件峰值响应波长为8.4μm,截止波长为9μm,黑体探测率DB 为3.95×108(cm·Hz1/2)/W.将128×128元 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列芯片与相关CMOS读出电路芯片倒装焊互连,在80K工作温度下实现了室温环境目标的红外热成像,盲元率小于1%.     

背入射AlxGa1-xN 64×1线列焦平面太阳光盲探测器

在蓝宝石衬底上用MOCVD生长的材料制备了背入射Al0.42Ga0.58N/Al0.5Ga0.5N P-I-N型64元线列焦平面太阳光盲紫外探测器。测试了器件的光谱响应,其截止波长为285nm,在275nm峰值波长处的零偏电流响应率为20mA/W。测试了线列器件各元在5V反偏压下的暗电流,结果表明暗电流大约在10-8A数量级,暗电流分布均匀。线列器件各元的紫外光响应均匀性较好。     

偏硼酸钡热电探测器研究

本文首次报导用低温相偏硼酸钡晶体做成热电探测器,并对其性能进行了测试。结果表明:低温相偏硼酸钡热电探测器具有耐高功率辐射性能、中等探测率、宽光谱响应、介电常数小等特点,是一种大功率运用的较理想的热电探测器。器件灵敏面为φ1.5mm时,探测率D~*(500,80.1)=2×10~7cmHz~(1/2)W~(-1)。等效噪声功率NEP(500,80,2.7)=7.1×10~(-9)W。器件灵敏面为φ4及φ2mm时,采用金属衬底,在自然冷却条件下,用CO_2连续激光进行刀口调制后照射器件,器件可耐平均功率密度67W/cm~2、峰值功率密度168W/cm~2。损伤阈值为120W/cm~2(连续CO_2激光照射)。     

"风云二号"卫星用水汽/热红外双波段探测器

报导了我国第一颗静止气象卫星"风云二号"卫星多通道扫描辐射计中使用的水汽/热红外双波段6.3～7.6μm、10.5～12.5μm四元碲镉汞红外探测器性能.探测器工作温度T=100K时,热红外波段探测率D*(10.5～12.5)为3.4×1010cmHz1/2/W,波段响应率R(10.5～12.5)为3.0×104(V/W);水汽波段探测率D*(6.3～7.6)为1.1×1011cmHz1/2/W,波段响应率R(6.3～7.6)为6.1×104(V/W).探测器经过环境应力筛选,密封筛选,电应力筛选,抗太阳辐照试验,电子、质子辐照试验以及高真空、低温工作寿命试验,获得了探测器可靠性寿命数据,器件失效率小于7.5×10-6/h.     

CMOS兼容的微机械热电堆红外探测器的设计

提出了一种与CMOS工艺兼容、高响应率、低噪声的微机械热电堆红外探测器。该结构热电偶数目为两对,材料为P/N型多晶硅,吸收层材料为TiN。采用较少热电偶对的方式来降低噪声,引入共振谐振腔结构来提高红外吸收率。阐述了探测器的基本工作原理,通过仿真得到其重要的性能参数,并给出了器件具体的工艺流程,对器件尺寸进行了优化。理论上,其响应率大于1000 V/W,探测率大于2×108cmHz1/2W-1,噪声等效温差小于20mK,时间常数小于10ms,电阻值小于20k。     

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。