应对第三代红外焦平面技术挑战的HgCdTe分子束外延

叙述了围绕第三代红外焦平面的需求所进行的HgCdTe分子束外延的一些研究结果.75mm HgCdTe薄膜材料的组分均匀性良好,80K下截止波长偏差为0.1μm.对所观察到的HgCdTe表面缺陷成核机制进行了分析讨论,获得的75mm HgCdTe材料平均表面缺陷密度低于300cm-2.研究发现As的表面黏附系数很低,对生长温度十分敏感,在170℃下约为1×10-4.计算表明,As在HgCdTe中的激活能为19.5meV,且随(Na∑Nd)1/3的增大呈线性下降关系,反比系数为3.1×10-5meV·cm.实验发现Hg饱和蒸汽压下,对应不同的温度240,380,440℃,As在HgCdTe中的扩散系数分别为(1.0±0.9)×10-16,(8±3)×10-15,(1.5±0.9)×10-13cm2/s.采用分子束外延生长的HgCdTe材料已用于红外焦平面探测器件的研制,文中报道了一些初步结果.     

钝化界面植氢优化的碲镉汞中波红外探测芯片

报道了在钝化界面进行低能等离子体植氢优化的n+-on-p碲镉汞(HgCdTe)中波(MW,mid-wavelength)光伏红外探测芯片的研究成果.基于由采用分子束外延技术生长的HgCdTe薄膜材料,通过注入阻挡层的生长、注入窗口的光刻、形成光电二极管的B+注入、钝化介质膜的生长、优化钝化界面的等离子体植氢、金属化和铟...     

320×256中/长波双色IRFPAs读出电路设计

中波与长波探测器的光电流及动态输出阻抗存在数量级的差别。为满足积分时间及读出信号信噪比的要求,采用像元间多电容共享的方案,设计了一种高集成度的320256双色红外焦平面读出电路。该电路选用直接注入(DI)结构作为中波输入级,而长波输入级则选用了缓冲注入(BDI)结构。其缓冲放大器采用单边结构,具有高增益、低功耗、低噪声的特点,降低了输入阻抗,提高了注入效率。基于HHNEC 0.35 m 2P4M标准CMOS工艺,完成了芯片的设计与制造。经测试,引入电容共享方案后其有效电荷容量达到70 Me-/像元,电路各项功能正常,在光照条件下,芯片呈现出高的灵敏性。在2.5 MHz读出速率下,中波及长波输出电压范围均大于2 V,非线性小于1%。在100 f/s帧频下,整体功耗小于170 mW。     

碲镉汞e-APD 焦平面数字化读出电路设计

HgCdTe e-APD 工作于线性模式,通过内雪崩倍增效应将一个微弱的信号放大多个数量级。介绍了一个具有列共用ADC 制冷型(77 K)数字化混成式HgCdTe e-APD FPA 读出电路,可以应用于门控3D-LARDAR 成像,有主被动双模式成像功能。Sigma-delta 转换器比较适合于中规模128128 焦平面列共用ADC。调制器采用2-1 MASH 单比特结构,开关电容电路实现,数字抽取滤波器采用CIC 级联梳状滤波器。采用GLOBALFOUNDRIES 0.35 m CMOS 工艺,中心距100 m。设计了量化噪声抵消逻辑消除第一级调制器量化噪声,采用数字电路实现。CIC 抽取滤波器的每一级寄存器长度以方差为指标截尾,以降低硬件消耗。并且数字抽取滤波器工作电压降低到1.5 V,可以进一步降低功耗。仿真显示sigma-delta 转换器精度大于13 bit,功耗小于2.4mW,转换速率7.7 k Samples/s。     

集成式HgCdTe红外双色探测器列阵

首次报道了集成中波 1/中波 2 (MW1/MW2 )的HgCdTe红外双色探测器的材料生长、器件制备及其性能 .采用分子束外延 (MBE)技术 ,生长了p p P N型Hg1-xCdxTe多层异质结材料 .通过B+ 注入、台面腐蚀、爬坡金属化、台面侧向钝化及互连等工艺 ,得到了 80元的原理型HgCdTe红外双色探测器 .纵向上背靠背的 2个光电二极管分别有电极输出 ,确保了空间上同步和时间上同时的探测 ,并能独立地选择最佳工作偏压 .它适于常规的背照射工作方式 ,且有大的空间填充因子 .在液氮温度下 ,2个波段的光电二极管截止波长λc 分别为 3.0 4 μm和 5 .74 μm ,对应的R0 A值为 3.85× 10 5Ωcm2 和 3.0 2× 10 2 Ωcm2 .测得MW1、MW2的峰值探测率Dλp 分别为 1.5 7× 10 11cmHz1/2 /W和 5 .6 3×10 10 cmHz1/2 /W .得到 2个波段的光谱响应 ,且MW2光电二极管的光谱串音为 0 .4 6 % ,MW1光电二极管的光谱串音为 6 .34% .     

低维半导体异质结构光电探测材料及器件验证

面向国家"战略性先进电子材料"的发展目标,以国家重大战略需求,如全球气候观测、农林普查、国土资源探测、环境监测、深空探测和天文观测等领域的技术发展中面临的光探测器瓶颈问题为突破口,瞄准半导体材料及其光探测器正在朝全光谱覆盖、大面阵、高灵敏等方向快速发展的国际态势,开展低维半导体异质结构材料与光电器件研究,发展该体系材料人工设计精细调控的关键技术,推动多波段多种类型的光电探测器技术进步,促进我国经济、社会、国家安全及科学技术的发展.     

64×64元InSb红外焦平面读出电路研制进展

研制了用于 6 4× 6 4元InSb红外焦平面的几种读出电路。ISM 6 4× 6 4- 2型电路是采用直接注入模式 ,行积分工作的读出电路。ISM 6 4× 6 4- 3型电路仍然采用直接注入读出模式 ,行积分工作 ,但是增加了一级采样保持电路。ISM 6 4× 6 4- 4型电路采用直接注入模式 ,帧积分工作 ,因而可大大提高信噪比。描述了 2、3和 4型电路的结构 ,工作原理及版图设计特点 ,电路的制造工艺、测试方法及其主要性能。     

红外焦平面非均匀性校正ASIC芯片设计

提出了一个基于ASIC的红外焦平面非均匀校正解决方案。首先介绍了改进的定标及校正算法,并对校正效果进行了验证。改进后的算法对存储单元的需求与原先相比大大减小,因此十分适合ASIC实现。然后介绍了芯片的架构和控制结构,最后介绍了芯片的实现。该芯片采用0.25 μm工艺,对减小探测器系统体积,提高探测器系统的稳定性和可靠性有很大的帮助。     

碲镉汞深微台面列阵干法隔离的轮廓研究

文章报道了碲镉汞（HgCdTe）深微台面列阵干法隔离的轮廓研究的初步结果。采用诱导耦合等离子体（ICP）增强反应离子刻蚀（RIE）技术获得的HgCdTe深微台面列阵，在金刚刀解理后，通过扫描电子显微镜（SEM）观察了其干法刻蚀图形的剖面轮廓。进一步研究了刻蚀时间和刻蚀槽开口宽度对刻蚀图形轮廓的影响，获得了一些有助干深微台面芯片工艺设计的实验结果。     

红外探测器背景抑制读出结构设计研究

长波红外焦平面探测器一般工作在高背景下，信号电流小于背景电流，器件本身暗电流也较大，信号读出时积分电容极易饱和，这都不利于获得理想的信噪比。通过在读出电路输入级中增加电流抑制结构，可有效提高积分时间，改善动态范围和对比度。本文介绍了红外焦平面读出电路中几种典型的背景电流及暗电流抑制技术，依次叙述不同结构背景及暗电流抑制的实现原理，并比较各个结构的优缺点，针对不同电路结构的特点，通过典型电路仿真分析，确定了它们在各种红外焦平面读出电路输入级中的应用范围。