HgCdTe干法刻蚀的掩模技术研究

文章报道了HgCdTe微台面列阵ICP干法刻蚀掩模技术研究的初步结果。首先采用常规光刻胶作为HgCdTe材料的ICP干法刻蚀掩模。扫描电镜结果发现，由于刻蚀的选择比低，所以掩模图形退缩严重，刻蚀端面的平整度差，台面侧壁垂直度低。因此采用磁控溅射生长的SiO2掩模进行了相同的HgCdTe干法刻蚀。结果发现，SiO2掩模具有更高的选择比和更好的刻蚀端面。但是深入的测试表明，介质掩模的生长对HgCdTe表面造成了电学损伤。最后通过优化生长条件，获得了无损伤的磁控溅射生长SiO2掩模技术。     

读出电路数字模块设计

文章介绍了一个读出电路的数字控制模块。该模块集成了众多的控制功能，包括积分时间的调控，对面阵中指定窗口的读出，并能够支持快照读出模式和滚动读出模式之间的选择。文章中详细介绍了实现窗口功能和滚动功能的算法；电路的整体结构及端口时序，并给出了整个系统的仿真结果；最后采用上海集成电路设计中心提供的0．6μm双硅双铝标准单元库对本设计进行了电路综合，并对本设计的版图规划和实现进行了简略的说明，验证了将该设计向大规模读出电路上集成的可行性。     

基于电流镜的同步积分模式双色读出结构设计

文章对N^＋ PPN结构的MW／LW双色红外焦平面信号电流同步积分的工作模式，提出了一种双色读出电路输入级的新结构，即在栅调制注入输入级的基础上加以设计改进，采用电流镜对一个独立波段（LW）的信号电流进行两路精确复制，分别用于此波段的信号电流积分、与混合波段信号电流的相减，解决了探测器输出端混合波段信号电流的分离问题，达到了两个波段信号电流同步独立积分的目的。本文就双色电路的输入级结构和工作原理进行了详细的阐述，电路模拟验证的结果表明该电路适用于信号电流大于10nA的双色器件（MW／LW，MW1／MW2，LW1／LW2双色器件），有较高的精确度（误差〈2％）和良好的性能。     

红外焦平面失效现象仿真研究

在性能较差的红外焦平面器件中，其背景图像经常出现一些现象，比如“黑线”、“锯齿”、“滴落圆”等，其原因可能是红外焦平面器件有缺陷或其读出电路存在问题。本文针对红外焦平面可能出现的各种缺陷，将其等效为失效性模型，用EDA软件分别对采用DI和CTIA两种读出结构的红外焦平面进行失效性等效模拟分析。通过对3×3和10×10规模的红外焦平面输出信号进行模拟，分析了背景图像中失效现象产生的原因。红外焦平面失效现象模拟分析得出的结果，为红外焦平面读出电路结构的改进提供了参考依据。     

基于电流镜的同步积分模式双色读出结构设计

文章对N PPN结构的MW/LW双色红外焦平面信号电流同步积分的工作模式,提出了一种双色读出电路输入级的新结构,即在栅调制注入输入级的基础上加以设计改进,采用电流镜对一个独立波段(LW)的信号电流进行两路精确复制,分别用于此波段的信号电流积分、与混合波段信号电流的相减,解决了探测器输出端混合波段信号电流的分离问题,达到了两个波段信号电流同步独立积分的目的.本文就双色电路的输入级结构和工作原理进行了详细的阐述,电路模拟验证的结果表明该电路适用于信号电流大于10nA的双色器件(MW/LW,MW1/MW2,LW1/LW2双色器件),有较高的精确度(误差＜2%)和良好的性能.     

HgCdTe干法刻蚀的掩模技术研究

文章报道了HgCdTe微台面列阵ICP干法刻蚀掩模技术研究的初步结果。首先采用常规光刻胶作为HgCdTe材料的ICP干法刻蚀掩模。扫描电镜结果发现，由于刻蚀的选择比低，所以掩模图形退缩严重，刻蚀端面的平整度差，台面侧壁垂直度低。因此采用磁控溅射生长的SiO2掩模进行了相同的HgCdTe干法刻蚀。结果发现，SiO2掩模具有更高的选择比和更好的刻蚀端面。但是深入的测试表明，介质掩模的生长对HgCdTe表面造成了电学损伤。最后通过优化生长条件，获得了无损伤的磁控溅射生长SiO2掩模技术。     

Kink效应对低温CMOS读出电路的影响

在深低温下(T<50K)，CMOS器件会出现Kink效应，即I-V特性曲线会发生扭曲。当漏源电压较大时(Vds＞4V)，漏电流突然加大，电流曲线偏离正常的平方关系。本文通过实验表明，Kink效应对CMOS读出电路中的一些电路结构产生较严重的影响，Kink效应会导致源跟随器输出产生严重的非线性；对于共源放大器和两级运放，Kink效应会使其增益产生非线性。最后，针对影响低温读出电路性能的Kink效应进行分析和研究，提出在低温CMOS读出集成电路设计中如何解决这些问题的方案。     

第三代红外焦平面基础技术的研究进展

叙述了围绕第三代红外焦平面的需求所进行的HgCdTe分子束外延以及台面结芯片技术研究的一些成果。对GaAs、Si基大面积异质外延、p型掺杂以及台面刻蚀等主要难点问题进行了阐述。研究表明，7.6 cm(3 in)材料的组分均匀性良好，晶格失配引发的孪晶缺陷可以通过合适的低温成核方法得到有效抑制。在GaAs和Si衬底上外延的HgCdTe材料的(422)X射线衍射半峰宽的典型值为55″~75″。对ICP技术刻蚀HgCdTe的表面形貌、刻蚀速率、反应微观机理、负载效应和刻蚀延迟效应以及刻蚀损伤进行了研究，得到了高选择比的掩模技术和表面光亮、各向异性较好的刻蚀形貌。采用HgCdTe多层材料试制了长波n?蛳on?蛳p以及p?蛳on?蛳n型掺杂异质结器件以及双色红外短波/中波焦平面探测器，取得了一些初步结果。     

一种红外焦平面数控偏置电压电路的实现

提出了用级联权电容网络电荷定标产生偏置电压的方法,采用EDA软件Cadence设计了一个10 bit 串行数字输入、四通道稳定模拟电压输出的数模转换电路,并流片验证.测试结果表明电路实现了数模转换功能,各项参数基本达到设计要求.以上研究证实了这种可集成在红外焦平面读出电路上的偏置电压产生电路是可行的,为下一步直接设计并制造包含偏置电压产生电路的焦平面读出电路芯片打下了坚实的基础.     

红外焦平面读出电路集成数字输出

为了实现红外焦平面数字化输出,设计了一种集成片上模数转换的焦平面读出电路,包括一个512512的读出电路单元阵列和列共享的逐次逼近寄存器型模数转换器(SAR ADC)。单元读出电路采用了直接注入(DI)结构作为输入级,输出的信号通过多路传输送到模数转换器。设计的逐次逼近型的模数转换器中的比较器采用的是由前置放大器、锁存器、自偏置差分放大器和输出驱动器组成的高速比较器,数模转换器(DAC)采用的是三段式的电荷按比例缩放和电压按比例缩放相结合的结构。在Cadence和Synopsys设计平台下对模拟和数字部分电路分别进行设计、仿真与版图设计。电路工艺采用GLOBALFOUNDRIES公司0.35 m CMOS 3.3 V工艺加工流片。测试结果显示SAR ADC有效位数为8.2位,转换频率超过150 k Samples/s,功耗低于300 W,满足焦平面100帧频以及低功耗的需求。