多层热释电薄膜红外探测器的PSPICE模型

在分析了热释电探测器工作原理的基础上,利用PSPICE的ABM功能建立了多层薄膜热释电红外探测器的等效电路模型。该模型可以模拟多层薄膜热释电探测器热学和电学特性的暧态响应和频率响应,模拟的结果与实验数据相一致,等效电路模型与读出电路连接,然后对热释电探测器系统进行模拟,分析不同条件下探测器的响应特性。选取不同的电路参数,该模型也同样适用于其他类型的热释电探测器。     

热释电红外探测器的PSPICE仿真设计探讨

介绍了热释电红外探测器的结构及工作原理，由热释电效应推导出了热释电电流及电压响应表达式，利用仿真软件PSPICE分析了热释电探测器等效电路模型，并在红外专用芯片BISS0001不可重复触发工作方式下给出了探测器的实用电路。     

基于Pspice的热释电红外探测器设计探讨

介绍了热释电红外探测器的结构及工作原理,由热释电效应推导出了热释电电流及电压响应表达式,利用仿真软件Pspice分析了热释电探测器等效电路模型,并在红外专用芯片BISS0001不可重复触发工作方式下给出了探测器的实用电路。     

氧化钒热敏薄膜非致冷红外探测器的等效模型

建立了氧化钒热敏薄膜微测辐射热计的PSPICE模型，结合一个具体的CMOS读出电路给出探测器的等效电路模型，分析了探测器的电学和噪声特性，根据等效模型基于微测辐射热计电阻RD和读出电路MOS沟道宽度形两个设计参数对噪声等效温差（NETD）进行了优化，优化数据表明，折中选取参数RD和W对探测器性能有重要的意义。     

高灵敏度的量子效应探测器的建模和微光探测

针对新型量子点-量子阱光电探测器在不同的辐照功率和器件偏压下的电特性测试,采用曲线拟合的方法,得到不同辐照光功率下的I-V、C-V之间的函数关系,应用Verilog-A语言建立等效电路模型,然后利用电路模拟软件进行验证,为读出电路的设计提供准确的便于和读出电路一起模拟仿真的探测器模型。针对这种探测器低温下具有的暗电流小、灵敏度高、光电转换效率高等优点,设计了电容反馈互阻放大器(CTIA)和相关双采样(CDS)结构的读出电路。芯片集成后和2×8阵列的量子效应探测器封装在陶瓷基板上,低温下(77 K)采用633 nm He-Ne激光聚焦照射探测器,测试得到探测器的微光响应电压。实验结果表明,当器件在50 pW光功率、29.3μs的积分时间、偏压约-3.1 V时,读出电路与探测器对接后12个像元有响应电压;增大光功率至500 pW时,16个像元都有响应;读出电路与探测器对接后平均响应电压为18 mV,平均电压响应率达到3.6×107 V/W。     

用旋涂法制备的热释电聚合物薄膜研究

PVDF聚合物热释电薄膜是一种新的激光与红外辐射探测器材料,它比无机薄膜更易于与硅微加工工艺为基础的硅读出电路兼容.本文用旋涂法制备了一种聚合物热释电薄膜,对其进行了红外光谱和X射线衍射分析,并研究了其热释电响应特性,结果表明与其他方法(流延法和压膜法)相比,旋涂法制备的聚合物薄膜样品对热响应具有更高的灵敏度,更适合用作激光与红外辐射探测器材料.(PH2)     

太赫兹量子阱探测器的暗电流抑制电路研究

主要研究了太赫兹量子阱探测器读出电路中的暗电流抑制模块。首先从理论上分析了太赫兹量子阱探测器产生暗电流和光电流的原理。由于太赫兹量子阱探测器中电子输运行为非常复杂,难以通过理论推导建立精确等效电路模型的解析表达式。通过对太赫兹量子阱探测器的电流电压实验数据进行拟合,提出压控电流源等效电路模型。利用此模型设计读出电路信号源及暗电流抑制模块,结合读出电路进行仿真验证电路模型的准确性。发现与传统暗电流抑制电路相比,压控电流源电路模型能够在器件工作偏压变化时对其暗电流进行精确抑制,提高读出电路性能,因此更适合作为太赫兹量子阱探测器读出电路的暗电流抑制模块。     

1×128热释电IRFPA CMOS读出电路的研究

热释电红外焦平面阵列是非致冷红外焦平面阵列的主要发展方向之一 ,其读出电路是关键部件 ,属数模混合集成电路。分析了热释电读出电路的特点 ,设计原则 ,并给出了一种读出电路设计方案以及仿真和实验结果     

热释电探测器快速响应的电路实现

提出了一种热释电探测器快速响应的电路实现方法．建立了热释电探测器电路系统的传递函数，分析了系统的噪声特性及影响因素，分析并讨论了各参数对系统快速性、稳定性、信号增益及信噪比的影响．结果表明：在满足信号增益的情况下，热释电探测系统快速阶跃响应是一个二阶电阻性欠阻尼衰减振荡系统，要同时提高系统的快速性和稳定性．必需增加补偿环节；另外．热释电探测器的温度噪声是主要噪声源，其大小随环境温度的降低而大大减小．该电路已在大功率激光光纤传输系统的测试仪中得到应用．     

热红外探测器的最新进展

对基于热敏电阻的微测辐射热计和基于热释电效应的热释电红外探测器在探测元材料、焦平面阵列(FPA)结构和读出电路(ROIC)3个方面进行了分析对比,讨论了这两种非制冷探测器热电材料的选取原则,FPA单元的热绝缘构造和读出电路的组成方式,并介绍了它们的最新进展和发展方向。     

基于CMI及差分电流的紫外读出集成电路的研究

本文提出了一种基于电流镜镜像积分(CMI)及差分电流结构的GaN紫外探测器读出电路结构,分析了该读出电路结构的工作原理及特点.通过SPICE对电路结构进行了仿真验证,结果显示该读出电路结构可以对探测器的光响应电流信号进行有效的读取.     

大动态范围、高灵敏度红外焦平面数字像元读出电路技术（特邀）

长波红外探测器一直以来受到读出电路电荷存储容量的限制,导致信噪比、动态范围和灵敏度都难以提升,制约了长波红外成像系统的发展和应用。文中对比分析了模拟像元和数字像元读出电路技术,介绍了数字像元焦平面的发展现状和主要架构。采用脉冲频率调制方案设计了384×288（25 μm）和256×256 （30 μm）两款数字像元读出电路,其中比较器设计提高了功耗效率和强壮性,并耦合碲镉汞探测器形成长波数字焦平面探测器组件进行测试,结果与国内外相关工作进行比较分析,峰值噪声等效温差分别达到3.4 mK和1.9 mK,动态范围达到96 dB。测试结果表明,数字像元技术显著提升了长波红外焦平面的灵敏度和动态范围,是提高红外探测器性能的有效途径。     

红外焦平面探测器数字读出电路研究

读出电路是红外焦平面探测器组件的重要组成部分,其性能对探测器乃至整个红外成像系统的性能有重大影响。随着硅CMOS工艺的发展,数字化读出电路以及读出电路片上数字信号处理等功能得以实现,能够大幅度提高红外焦平面探测器的性能。以红外焦平面探测器对读出电路的要求入手,分析了读出电路各性能参数对红外焦平面探测器性能的影响,介绍了读出电路的数字化技术及各种实现方式以及数字积分技术。CMOS技术的发展使得数字积分技术在红外焦平面探测器读出电路中得以实现,有效解决了读出电路的电荷存储容量不足的问题,极大地提高了探测器性能。     

基于PMN-PT单晶的双通道热释电红外气体探测器

锰离子掺杂铌镁酸铅-钛酸铅(Mn:Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃, Mn:PMN-PT)弛豫铁电单晶在近、中红外波段具有较高的光透过率。通过在其表面上沉积具有宽光谱平坦吸收特性的红外吸收层,制备了热释电红外响应元。对该材料吸收红外辐射后产生的温度差以及热释电电流随频率的变化进行了模拟。讨论了电压模式热释电探测器的响应特性及其影响因素。进一步制备了基于Mn:PMN-PT单晶的双通道补偿型热释电红外探测器。经实验得到的频率响应结果与模拟数据吻合,因此该探测器适用于基于非分散红外(Non-Dispersive Infrared, NDIR)原理的气体探测。     

复合热释电薄膜红外探测器的二维热分析

根据热释电薄膜红外探测器的结构和测试条件，使用有限元软件Ansys对其进行了二维热分析，得到了探测器受到红外辐射后的温度场。分析了复合热释电薄膜红外探测器的绝热层对温度场的影响，并将它与微桥结构探测器的性能进行了比较。结果表明，复合热释电薄膜红外探测器的绝热层能有效地减小热流向硅衬底的散失，并且探测器的响应随着绝热层厚度的增大而增大；当复合热释电薄膜红外探测器中绝热层的热导率低于空气的热导率时，它的绝热性能优于微桥结构．     

面向384×288面阵型红外读出电路的低功耗设计

介绍了一种面向384×288 CMOS面阵性红外读出电路的低功耗设计.针对探测器的特点(输出阻抗约100kΩ,积分电流约100nA),新提出并实现了一种四像素共用BDI的QSBDI(Quad-share BDI)像素结构.在QSBDI结构中,4个相邻的像素共用一个反馈放大器,从而实现了高注入效率、稳定的偏置、较好的FPN特性和低功耗.另外该384×288读出电路还支持积分然后读出、积分同时读出功能,还有两个可选择的增益以及4种窗口读出模式.128×128的测试读出电路已完成设计、加工和测试.电路使用CSMC0.5μm DPTM工艺流片,测试结果表明在每个子阵列输出的峰峰差异仅为10mV.在4MHz的工作频率下,像素级引入的功耗仅为1mW,芯片的整体功耗也只有37mW,实现了低功耗设计.     

Design of Diode Type Un-Cooled Infrared Focal Plane Array Readout Circuit

The diode infrared focal plane array uses the silicon diodes as a sensitive device for infrared signal measurement. By the infrared radiation, the infrared focal plane can produces small voltage signals. For the traditional readout circuit structures are designed to process current signals, they cannot be applied to it. In this paper,a new readout circuit for the diode un-cooled infrared focal plane array is developed. The principle of detector array signal readout and small signal amplification is given in detail. The readout circuit is designed and simulated by using the Central Semiconductor Manufacturing Corporation (CSMC) 0.5 μm complementary metal-oxide-semiconductor transistor (CMOS) technology library. Cadence Spectre simulation results show that the scheme can be applied to the CMOS readout integrated circuit (ROIC) with a larger array, such as 320×240 size array.     

双色红外焦平面阵列读出电路设计

根据P-N-N-P型叠层双色红外焦平面阵列探测器结构及其等效电路,提出了一种128×128同时积分、同时读出型双色红外焦平面读出电路原理及实现方式。单元电路采用直接注入结构作为输入级,在给定的单元面积内获得了较大的积分电容,满足了单元电路内中、短波两个独立的积分信号通道的需求。仿真结果表明该电路满足预定的设计要求,积分时间可调,读出速率大于等于5MHz,中、短波输出电压的线性度均达到99%以上,功耗约68mW。