短/中波双色碲镉汞红外焦平面探测器研究

报道了基于分子束外延碲镉汞短/中波双色材料、器件的最新研究进展。采用分子束外延方法制备出了高质量的短/中波双色碲镉汞材料,并优化了材料的质量,材料表面缺陷密度控制在500个/cm-2以内,通过扫描电子显微镜可以看出各层之间界面陡峭,使用傅里叶红外变换光谱仪(FTIR)、X射线衍射(XRD)等方法对材料进行了表征,基于此材料制备出了短/中波碲镉汞双色器件,器件测试性能良好。     

短/中波双色碲镉汞红外探测器性能分析研究

介绍了国内外双色红外探测器的发展现状,并报道了中国电子科技集团公司第十一研究所（以下简称“中电十一所”）自行研制的像元间距为30 μm的Si基320×256短/中波双色红外探测器的性能。在77 K测试条件下,短波和中波两个波段的盲元率分别为0.88%和1.47%,平均峰值探测率分别为2.21×10¹² cm·Hz^1/2·W^-1和2.13×10¹¹ cm·Hz^1/2·W^-1,后截止波长分别为3.129 μm和 5.285 μm,且短波向中波波段的光谱串音为1.38%,中波向短波波段的光谱串音为2.82%。同时,该探测器在双波段具有较好的成像效果,为后续更大面阵、更佳性能的多波段探测器研究提供了基础。     

双色碲镉汞红外焦平面探测器发展现状

主要介绍了双色碲镉汞红外焦平面阵列的应用需求和国外发展现状,对其工作模式、器件结构、器件制备的关键工艺技术、双色读出电结构进行了阐述说明。     

320×256锗基中波碲镉汞红外焦平面探测器研究

报道了分子束外延锗基中波碲镉汞薄膜材料以及320×256锗基中波碲镉汞红外焦平面探测器研究的初步结果。利用分子束外延技术基于3英寸锗衬底生长的中波碲镉汞薄膜材料,平均宏观缺陷密度低于200 cm-2,平均半峰宽优于90 arcsec,平均腐蚀坑密度低于2.9×106 cm-2;采用标准的二代平面工艺制备的320×256锗基中波碲镉汞红外焦平面探测器,平均峰值探测率达到3.8×1011 cm?Hz1/2W-1,平均等效噪音温差优于17.3 mK,非均匀性优于6.5%,有效像元率高于99.7%。     

碲镉汞高温中波红外探测器的制备研究

采用CdTe/ZnS双层钝化工艺制备了640×512@15 μm碲镉汞中波探测器。研究了退火温度对CdTe/MCT界面及CdTe钝化膜质量的影响。经测试表明:本公司制备的碲镉汞HOT中波探测器可以在125 K稳定工作,但与国外的先进技术相比仍存在差距,需要在MCT材料改进和器件加工工艺上继续深入研究,才能提高探测器的工作温度和稳定性。     

碲锌镉衬底上中长双色红外碲镉汞分子束外延生长研究

报道了使用分子束外延(Molecular beam epitaxy,MBE)技术,在(211)B碲镉汞(CdZnTe,CZT)衬底上生长中长波双色碲镉汞(HgCdTe,MCT)薄膜材料,生长温度为180℃,研究了双色碲镉汞薄膜材料衬底脱氧技术、分子束外延薄膜生长温度与缓冲层生长等关键技术,实现了中长波双色碲镉汞薄膜生长,外延薄膜采用相差显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、二次离子质谱仪(SIMS)及X射线衍射仪(XRD)对薄膜的表面缺陷、厚度、组分及其均匀性、薄膜纵向组分以及晶体质量进行了表征,表面缺陷数量低于600 cm-2,组分(300 K测试)和厚度均匀性分别为?x≤0.001、?d≤0.9μm,X-Ray双晶衍射摇摆曲线FWHM=65 arcsec,得到了质量较高的中长波双色碲镉汞薄膜材料.     

Si基短波碲镉汞材料分子束外延生长研究

报道了在中波工艺基础上,Si 基碲镉汞分子束外延短波工艺的最新研究进展,通过温度标定、使用反射式高能电子衍射、高温计的在线测量和现有的中波 Si 基碲镉汞温度控制曲线建立及优化了 Si 基碲镉汞短波材料的生长温度控制曲线;获得的 Si 基短波 HgCdTe 材料表面光亮、均匀,表面缺陷密度小于3000 cm －2;基于此技术成功制备出了 Si 基短／中波双色材料。     

中波碲镉汞红外偏振焦平面探测器的制备研究（特邀）

针对隐身等多类高价值目标精确探测与识别以及探测技术持续发展需求,为实现复杂战场环境下的高概率真假目标识别和高精度目标检测、定位、跟踪,开展复杂战场环境下隐身及微弱特征目标探测及抗干扰探测等技术研究意义重大,其中高集成度的焦平面型偏振红外探测器技术是其中一个重要方向。围绕集成式中波（MW）256×256碲镉汞红外偏振焦平面探测器的研制,介绍了偏振结构的设计、制备到偏振探测器的集成,以及偏振探测器性能的测试等方面的研究进展状况,设计加工出了亚波长金属光栅阵列,采用倒装互连的方式实现了偏振探测器的集成,并在MW 256×256碲镉汞焦平面器件上实现了红外偏振性能的测试和评估。     

中波双色光伏型HgCdTe红外探测器模拟研究

基于二维数值模型,对光伏型中波(MW1/MW2)HgCdTe双色红外探测器作了模拟计算,器件采用n-p-p-p-n结构、同时工作模式.计算了双色器件光谱响应及量子效率,重点分析了两个波段间的信号串音问题,以及高组分势垒层的作用.模拟结果显示,MW1(中波1,波长较短)对MW2(中波2,波长较长)的串音是辐射透过MW1区在MW2区中吸收引起的,串音与光吸收比近似成正比,而载流子扩散效应可以忽略不计.高组分阻挡层对载流子扩散引起的串音有显著的抑制作用,如果没有势垒层,载流子扩散引起的串音十分明显,甚至成为串音的主导因素.对于60×60μm2探测单元MW1和MW2的结电容大约为1.75pF/pixel.     

大幅宽多谱段高光谱红外探测器研究

报道了基于分子束外延(Molecular Beam Epitaxy, MBE)碲镉汞(Mercury Cadmium Telluride, MCT)技术的大幅宽、多谱段、大像元高光谱红外探测器的最新研究进展。采用MBE技术制备出高质量MCT材料;采用成熟的n-on-p技术路线制备探测芯片,并针对特殊形状的大像元进行了优化;高光谱专用读出电路设计针对短波、窄谱段、小信号等典型特征进行了优化,并针对光谱应用加入行增益可调等功能设计。测试结果表明,组件基本性能良好,有效像元率大于99.5%,平均量子效率优于70%。     

Si基中短波双色HgCdTe材料生长及表征

报道了碲镉汞(MCT)分子束外延(MBE)的最新研究进展。基于现有Si基中波、短波HgCdTe材料工艺基础,开发获得了Si基中短波双色HgCdTe材料的生长工艺。使用反射式高能电子衍射分析在线监测生长过程,优化了Si基中短波双色HgCdTe材料生长工艺。获得了具有良好晶体质量的Si基中短波双色HgCdTe材料。     

LWIR HgCdTe Detectors Grown on Ge Substrates

Long-wavelength infrared (LWIR) HgCdTe p-on-n double-layer heterojunctions (DLHJs) for infrared detector applications have been grown on 100 mm Ge (112) substrates by molecular beam epitaxy (MBE). The objective of this current work was to grow our baseline p-on-n DLHJ detector structure (used earlier on Si substrates) on 100 mm Ge substrates in the 10 μm to 11 μm LWIR spectral region, evaluate the material properties, and obtain some preliminary detector performance data. Material characterization techniques included are X-ray rocking curves, etch pit density (EPD) measurements, compositional uniformity determined from Fourier-transform infrared (FTIR) transmission, and doping concentrations determined from secondary-ion mass spectroscopy (SIMS). Detector properties include resistance-area product (RoA), spectral response, and quantum efficiency. Results of LWIR HgCdTe detectors and test structure arrays (TSA) fabricated on both Ge and silicon (Si) substrates are presented and compared. Material properties demonstrated include X-ray full-width of half-maximum (FWHM) as low as 77 arcsec, typical etch pit densities in mid 10⁶ cm⁻² and wavelength cutoff maximum/minimum variation <2% across the full wafer. Detector characteristics were found to be nearly identical for HgCdTe grown on either Ge or Si substrates.     

制冷型大面阵红外探测器研制进展

作为未来红外探测器的主流发展方向之一,大面阵红外探测器近年来的发展非常迅速,主要用于天体物理学、地球科学和行星科学等领域,并且是未来地球天气与气候描述、空气污染检测方面的一种主要工具。随着面阵规格和材料尺寸的增加,器件的制作难度也越来越大。重点介绍了目前国际上最常见的两种制冷型红外探测器——HgCdTe和InSb红外探测器。结合国内外的一些文献,总结了这两种红外探测器的大面阵技术的发展状况,并重点介绍了当前全球行业领先的几家红外探测器厂商的相关产品及技术水平。最后指出了大面阵红外探测器研制目前存在的主要问题。     

中长双色红外焦平面探测器组件技术研究

在(211)B碲锌镉衬底上,采用分子束外延生长制备了PPP型中长双色碲镉汞材料,通过台面孔刻蚀、侧壁钝化等工艺,实现中长双色640×512红外焦平面探测器组件研制。中长双色碲镉汞材料测试结果表明,表面宏观缺陷(2～10μm)密度统计分布约773 cm^-2,同时对材料进行了XRD双晶衍射半峰宽(FWHM)测试和位错腐蚀坑(EPD)统计,XRD测试FWHM约31.9 arcsec,EPD统计值约为5×105 cm^-2;双色器件芯片台面刻蚀深度达到8μm以上,深宽比达到1∶1以上,侧壁覆盖率达到72.5%。中长双色红外焦平面组件测试结果表明,中波波长响应范围为3.6～5.0μm,长波波长响应范围为7.4～9.7μm,中波向长波的串音为0.9%,长波向中波的串音为3.1%,中波平均峰值探测率达到3.31×1011 cm·Hz1/2/W,NETD为17.7 mK;长波平均峰值探测率达到6.52×1010 cm·Hz1/2/W,NETD为32.8mK;中波有效像元率达到99.46%,长波有效像元率达到98.19%,初步实现中长双色红外焦平面组件研制。     

短波红外铟镓砷探测器材料表面缺陷研究

短波红外铟镓砷(InGaAs)探测器材料的表面缺陷是发展大规模小像元焦平面阵列的核心问题之一,其中与衬底晶格失配的延伸波长探测器材料的表面缺陷控制起来尤为困难。优化了分子束外延(Molecular Beam Epitaxy, MBE) In束源炉的温度设置。结果表明,In炉上下温差为130℃时所生长的短波红外晶格失配In_0.83Ga_0.17As材料的表面缺陷密度最小,由此有效地将材料的表面缺陷密度由3000 cm^-2左右降至约500 cm^-2。结合短波红外晶格失配InGaAs材料的室温光致发光测试,经分析可知,In束源炉上下温差存在最优值的现象是由于In金属液滴和炉子顶部杂质引起卵形缺陷这两种机制的共同作用而引起的。本文制备的低缺陷密度晶格失配InGaAs探测器材料为发展高性能延伸波长短波红外焦平面阵列打下了基础。     

双波段红外可燃气体探测器的算法设计与实现

本文基于可燃气体吸收特定波段的红外光原理,设计了一款红外双波段可燃气体探测器.通过分析碳氢类可燃气体分子吸收特性,确定了可燃气体的吸收波长与参考波长,并完成了探测器的光路部分和整体硬件电路设计.通过在高低温实验平台内某一恒定温度下,配制8组不同浓度的气体进行标定,并记录下标定的数据,生成了探测器的检测浓度计算曲线.同时,通过对待测气体浓度为0状态下的多组不同环境温度测试,得出探测器受环境温度影响的特性,引入吸收参数H,并建立吸收参数H与温度的补偿表,实现了对因温度变化所引起的检测偏差的合理补偿.实验结果表明,该探测器的精度较好、响应快,高低温性能稳定,完全符合国家标准和设计要求.     

Dual-band infrared detectors made on high-quality HgCdTe epilayers grown by molecular beam epitaxy on CdZnTe or CdTe/Ge substrates

In this paper, we present all the successive steps for realizing dual-band infrared detectors operating in the mid-wavelength infrared (MWIR) band. High crystalline quality HgCdTe multilayer stacks have been grown by molecular beam epitaxy (MBE) on CdZnTe and CdTe/Ge substrates. Material characterization in the light of high-resolution x-ray diffraction (HRXRD) results and dislocation density measurements are exposed in detail. These characterizations show some striking differences between structures grown on the two kinds of substrates. Device processing and readout circuit for 128×128 focal-plane array (FPA) fabrication are described. The electro-optical characteristics of the devices show that devices grown on Ge match those grown on CdZnTe substrates in terms of responsivity, noise measurements, and operability.