长波碲镉汞探测器的原位集成微透镜技术研究

采取原位集成的方式在红外焦平面探测器芯片的入光侧制备微透镜阵列以达到增强信号以及减小串音的作用,通过光学分析获得了匹配不同中心距器件的微透镜结构设计,在长波碲镉汞320×256,50 μm和30 μm中心距的探测器上验证了原位集成的微透镜阵列能够有效地通过汇聚光线,使信号增强分别达到28 %和61 %。对于超高灵敏度红外探测以及SWaP和超大规模红外探测器研究具有重大意义。     

10 μm像元间距1024×1024中波红外探测器研制进展

小像元红外探测器已成为红外探测器技术发展的重要方向,像元尺寸减小可提高红外成像系统的探测和识别距离,降低红外探测器成本,减小系统尺寸、质量和功耗等。本文介绍了国内外小像元红外探测器研制进展,重点介绍了中国电科十一所研制的10 μm像元间距1024×1024规模小像元碲镉汞红外焦平面探测器组件。组件为n-on-p平面结构后截止波长5 μm、有效像元率达到99 %、量子效率达到60 %。     

10 μm间距长波1280×1024碲镉汞探测器研制进展

随着红外技术的进步,红外探测器组件向着更小尺寸、更高分辨率的方向发展.小像元间距、大面阵规格是长波探测器发展的重要方向.通过对10μm像元间距、9μm截止波长、1280×1024阵列规格长波探测器的研究,突破了10μm间距长波像元成结技术、10μm像元间距铟柱制备及互连技术,制备了有效像元率大于等于99.4％、非均匀性小于等于4％的10 μm间距长波1280×1024碲镉汞探测器芯片.     

7.5μm像元间距红外探测器三维电极的制备与应用

采用现有读出电路电极生长设备和直写式光刻设备开发了三维电极的制备工艺。在制备过程中,首先在读出电路表面制备三维电极,在碲镉汞芯片端生长铟饼,然后通过倒装互连工艺可以实现7.5μm像元间距的1k×1k碲镉汞芯片与读出电路的互连。可变参数包括金属生长角度、生长速率、生长厚度以及金属种类等。经研究发现,通过该工艺制备的7.5μm像元间距的三维电极高度可达到3.8μm,高度非均匀性小于3%,可以经受7.6×10^-5 N的压力。三维电极的应用,降低了倒装互连工艺对HgCdTe芯片平坦度和互连设备精度的要求,大幅提高了7.5μm像元间距红外探测器的互连成品率。     

高性能5μm640×480蓝宝石衬底碲镉汞焦平面阵列

已研制出一种高性能５μｍ６４０×４８０蓝宝石衬底的ＨｇＣｄＴｅ／ＣｄＴｅ／Ａｌ＿２Ｏ＿３红外焦平面阵列（ＦＰＡ），在低于１２０Ｋ温度下，它有全电视兼容分辨率和优良的灵敏度．在９５Ｋ工作温度和１０￣（１４）光子数ｃｍ￣（－２）Ｓ￣（－１）的背景通量下，平均焦平面阵列Ｄ￣＊受背景限制，其值约为１×１０￣（１２）ｃｍＨｚ￣（１／２）Ｗ￣（－１），典型的平均量子效率为６０％～７０％。制造这种大面阵、高灵敏度器件的关键工艺，是在有稳定的ＣｄＴｅ缓冲层的蓝宝石衬底上，外延生长ＨｇＣｄＴｅ材料。在低于或等于１２０Ｋ的工作温度和３．４～４．２μｍ的波段内，相机的平均噪声等效温差ＮＥ△Ｔ为０．０１３Ｋ；该值比目前可实用的ＰｔＳｉ焦平面阵列相机的高一个数量级，而ＰｔＳｉ焦平阵列相机要求制冷到低于或等于７７Ｋ，才能保持其性能。     

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。     

小间距红外探测器读出电路铟凸点制备技术

介绍了一种用于10 μm小间距碲镉汞探测器铟凸点的制备工艺。新工艺有别于常规的剥离法,采用离子刻蚀手段对金属铟进行精确刻蚀,从而制备出高度大于6 μm且非均匀性小于±5 %的10 μm小间距红外探测器读出电路铟凸点,解决了传统工艺制备小间距铟凸点时高度不够且差异过大、易相互粘连等问题,大幅度提高了小间距红外探测器在互连工艺段的成功率。     

10 μm小间距红外探测器的铟柱生长研究

在10 μm小间距的条件下进行红外探测器的铟柱生长工艺,会得到铟柱高度不足的结果;本文针对这种情况,开展了小间距的铟柱生长研究,比较了在不同基片温度和蒸发速率条件下的铟柱高度,并分析了试验结果,得到了最优的生长工艺条件。     

7.5μm小间距铟凸点阵列制备的研究

红外成像系统中,减小像元间距是目前重点发展的主题之一,为了实现小的像元间距,制备高精度均匀化的小型铟凸点阵列是关键之一.针对7.5μm像元间距,本文通过系列实验和分析,研究了不同打底层尺寸和铟柱尺寸的组合对铟凸点制备的影响,为制备高精度小型铟凸点阵列提供了良好的指导.     

红外双波叠层结构探测器微透镜阵列的设计

介绍了一种双波段红外探测器叠层结构微透镜阵列的设计,从实际光线角度进行建模,考虑微透镜加工线宽的要求,利用光学非成像理论的原理优化。并根据微透镜的衍射效率进行量化,分析了影响占空比因素的计算方法等,并对其进行了详细说明。该设计方法从实际入射光线建模,思路新颖,该方法经加工微透镜与探测器耦合后验证可行。给微透镜阵列的设计者一些启发,可用于其他多种叠层结构探测器的微透镜阵列设计。     

2.35μm碲镉汞光伏探测器离子注入工艺研究

利用p型Hg_(1-x)Cd_xTe(或简称MCT)组分x=0.44体晶材料,研究了B~+离子注入平面工艺制备2.35μm截止波长12元双线列光伏探测器。探测器主要性能D_λ~平均达4.4×10~(11)cmHz~(1/2)W,λ_p、λ_c比波段要求平均低约3.2％和5.1％。     

微透镜阵列显示技术研究

通过对微透镜阵列结构进行深入研究,揭示了微透镜阵列对微图形的放大原理。并在此基础上,找到了微透镜阵列结构参数、微图形结构参数与微图形阵列移动速度、移动方向以及放大倍率之间的关系,利用微透镜阵列实现了对微图形放大、动态、立体的显示。     

高工作温度碲镉汞p-on-n中波1024×768焦平面探测器

提高红外探测器的工作温度对于减小红外系统的尺寸、重量和功耗至关重要,进而实现结构紧凑和成本低廉的红外系统。昆明物理研究所多年来对掺铟和砷离子注入技术的HgCdTe p-on-n技术进行了优化,实现了性能优异的中波红外探测器的研制。本文报道了高工作温度中波1024×768@10 μm红外焦平面阵列探测器的最新结果,并介绍了在150 K工作温度下的器件性能。结果标明,器件在150 K下截止波长为4.97 μm,并测得了不同工作温度下的NETD、暗电流和有效像元率。此外,还展示了在150 K的工作温度下焦平面器件的红外图像,并呈现了99.4%的有效像元率。     

方形孔径微透镜阵列与红外焦平面集成技术研究

针对红外焦平面阵列自身存在的占空比小、光能利用率低的问题,提出利用光胶技术将方形孔径球面微透镜阵列与红外焦平面集成。从理论角度分析了微透镜阵列集成的聚能效应。设计"栅线"和"十字"双对准标记,采用衍射光栅同轴对准方法实现器件的对准。经过对集成前后红外焦平面性能进行对比,发现响应率提高了近40%,探测率提高了约20%,红外焦平面的噪声从758.89μV下降到668.23μV。最终得到结论:光胶法用于两种器件的集成具有耐温性好、变形小、强度高等优点,集成后红外焦平面的探测性能显著提高,有利于探测器微小型化发展。     

基于矩形微透镜阵列的红外焦平面集成技术研究

微小型化是红外焦平面探测器发展的必然趋势,微小型化将使目前焦平面阵列存在的占空比小、光能利用率低的问题体现的更加明显,针对这一状况,提出一种利用分子间引力的光胶技术将矩形孔径球面微透镜阵列集成于红外焦平面之中。采用几何光学理论分析了微透镜阵列的聚能效应,设计并制作“栅线”和“方孔”双对准标记,采用衍射光栅同轴对准方法使两种器件的对准精度达到0.1?m。对集成前后红外焦平面阵列性能进行测试,发现响应率提高了近40%,探测率提高了约20%,红外焦平面的噪声从758.89?V下降到668.23?V。最终得到结论：光胶法用于两种器件的集成具有耐温性好、变形小、强度高等优点,集成后红外焦平面的探测性能显著提高,有利于探测器微小型化发展。     

小像元10μm中心距红外焦平面读出电路设计

研制出一款小像元10μm中心距红外焦平面探测器CMOS(complementary metal oxide semiconductor)读出电路ROIC(read out integrated circuit).读出电路设计包括积分后读出(integration then reading,ITR)和积分同时读出(int...     

基于不同微透镜阵列参数的集成成像微图像

提出一种基于不同微透镜阵列参数的集成成像微图像阵列生成方法。在该方法的拍摄过程中, 首先通过微透镜阵列1拍摄三维场景获得微图像阵列1, 再通过一个包括虚拟显示和虚拟拍摄两个步骤的像素映射算法, 生成与微图像阵列1参数不同的微图像阵列2。在显示过程中使用的微透镜阵列2与拍摄时的微透镜阵列1具有不同的参数, 微图像阵列2通过微透镜阵列2重建出全真的3D图像, 重建的3D图像没有图像缩放和畸变。同时本文还推导了微图像阵列1、2和微透镜阵列1、2各参数应满足的数学关系。实验结果验证了理论推导的正确性。     

10 μm 1 280 × 1 024 HgCdTe中波红外焦平面阵列探测性能提升

对像元尺寸为10 μm的1280×1024碲镉汞（HgCdTe）中波红外焦平面阵列的制备技术和性能进行了研究。通过B⁺注入制备小尺寸n-on-p平面结;采用高平整度HgCdTe外延材料和高精度的倒焊互连技术,实现高的电学连通率;采用多段温度填胶固化和边缘刻蚀工艺减轻HgCdTe器件和读出集成电路（ROICs）之间的热失配,从而降低焦平面器件失效率。在85 K焦平面工作温度下,研制探测器的光谱响应范围为3.67 μm至4.88 μm,有效像元率高达99.95%,并且探测器组件像元的平均噪声等效温差（NETD）和暗电流密度的平均值分别小于16 mK和2.1×10^-8 A/cm²。与像元尺寸为15 μm的探测器相比,10 μm的1280×1024中波红外探测器可获取更加精细的图像,具有更远的识别距离。目前,该技术已成功转移到浙江珏芯微电子有限公司（ZJM）的HgCdTe红外探测器产线。     

微透镜列阵成像光刻技术

介绍了一种利用微透镜列阵投影成像光刻的周期微纳结构加工方法.该方法采用商业打印机在透明薄膜上打印的毫米至厘米尺寸图形为掩模,以光刻胶作为记录介质,以微透镜列阵为投影物镜将掩模缩小数千倍成像在光刻胶上,曝光显影后便可制备出微米、亚微米特征尺寸的周期结构列阵.基于该方法建立了微透镜列阵成像光刻系统,并以制备800 nm线宽、50 mm×50 mm面积的图形列阵为例,实现了目标图形的光刻成形,曝光时间仅为几十秒,图形边沿粗糙度低于100 nm.该方法系统结构简单、掩模制备简易、曝光时间短;为周期微纳结构的低成本、高效率制备提供了有效途径.