高性能CMOS带隙基准电压源及电流源的设计

介绍了一种高性能CMOS带隙基准电压源及电流源电路,基准电压源使用两个二极管串联结构来减小运放失调影响结果的系数,同时采用大尺寸器件减小运放的失调;采用共源共栅电流镜提供偏置电流来减小沟道长度调制效应带来的影响;在此基准电压源的基础上,利用正温度系数电流与负温度系数电流求和补偿的方法,设计了一种基准电流源。使用CSMC公司0.5μm CMOS工艺模型,利用Spectre工具对其仿真,结果显示:电源电压为5 V,在-40～85℃的温度范围内,基准电压源温度系数为20.4×10-6/℃,直流电源抑制比为1.9 mV/V,电流源温度系数为27.3×10-6/℃,电源抑制比为57 dB。     

蒸发因素对高密度焦平面铟凸点制备影响研究

高一致性、高深宽比凸点制备是高密度红外焦平面制造的关键技术之一.以10μm间距铟凸点阵列为研究对象,通过提取铟凸点高度、顶部直径、生长速率纵横比和铟膜粗糙度等参数,结合薄膜形核生长理论,深入分析热蒸发过程中关键因素对铟凸点生长的影响,为更小间距铟凸点制备提供理论与技术参考.实验结果表明,沉积速率和基底温度对铟凸点生长的影响具有两面性:一方面,高沉积速率和低基底温度会细化铟膜晶粒,有利于沉积高均匀性铟凸点阵列.基底温度下降了45 K,铟凸点高度非均匀性从15.4％降低到6.6％,铟凸点顶部直径范围差下降了 0.9 μm.沉积速率增加了21 Å/s后,铟凸点高度非均匀性从11.8％降低到6.6％,铟凸点顶部直径范围差下降了0.4 μm.另一方面,高沉积速率下的动理学粗糙化影响比重增加,铟薄膜粗糙度随沉积速率变化趋缓.同时高沉积速率和低基底温度下的光刻孔缘铟向四周扩散的能力减弱,继续降温后铟层横向生长速率从3.4Å/s升至4.1 Å/s,光刻孔加速闭合不利于高密度、高深宽比、高均匀性铟凸点的生长制备.     

基于InAs/GaAsSb 超晶格的中红外波导探测器结构设计

在近红外领域,已经利用片上波导和谐振器实现了分子的光谱检测.然而在中红外波段,许多传感器仍使用芯片外光源和探测器,这限制了化学传感芯片的集成度和灵敏度.本文设计了一种 InAs/GaAsSb 超晶格中红外波导集成探测器,采用 GaAsSb 作为中红外波导,波导层和 InAs/GaAsSb 超晶格吸收层之间采用倏逝波耦合方式,可以实现低损耗和高响应度的中红外光探测.对器件的光电特性进行了模拟,着重分析了InAs/GaAsSb 超晶格光电探测器与 GaAsSb 波导集成的影响因素,得到了吸收区的最优厚度和长度.当吸收区的厚度为0.3 μm、长度为50 μm时,噪声等效功率最低,量子效率可以达到68.9%.基于Ⅲ-Ⅴ族材料的波导探测器更容易集成中红外光源,实现中红外的片上集成光电检测芯片.     

InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管中锌的双扩散行为与器件性能关联性研究

InGaAs/InP单光子雪崩二极管（SPAD）研制需要采用两次元素扩散方法,以实现对倍增层厚度以及其电场分布的精确控制。针对两次扩散深度的有效预测问题,围绕InGaAs/InP SPAD中锌原子的两次扩散行为开展了仿真分析和器件研制。基于二维模型拟合模拟的两次扩散深度,建立了预测扩散深度的公式。利用扫描电子显微镜和二次离子质谱表征器件双扩散区的二维杂质形态和一维杂质分布。制备了不同扩散组合多种倍增层厚度的InGaAs/InP SPAD器件,各倍增层厚度与实测击穿电压呈现线性关系,击穿电压与仿真结果具有良好的一致性。根据器件暗计数率（DCR）结果,提高倍增层厚度减小了器件DCR。在倍增层厚度为1.5 μm时,过偏压3 V下温度为300 K、273 K、263 K、253 K时分别具有210⁶、110⁵、410⁴、210⁴的DCR。这些结果证明在基于InP的平面器件处理中精确控制双扩散锌结几何形状的有效预测路线。     

不同钝化层结构对HgCdTe热退火Hg空位调控影响

对不同钝化层结构的分子束外延（MBE）生长的HgCdTe外延材料的Hg空位浓度控制进行研究。获得了更高Hg空位浓度调控范围的外延材料,为后续新型焦平面器件的研发提供基础。研究发现,在热退火过程中,HgCdTe外延材料的Hg空位浓度的变化随着钝化层结构的不同而发生改变。且这种改变是因为HgCdTe表层的钝化层的存在改变了原始热退火的平衡态过程。同时,通过二次离子质谱（SIMS）测试以及相应的理论拟合进行了验证。     

基于梯度能带结构的高速非制冷中波红外HgCdTe探测器

报道了基于梯度能带结构的高速室温中波红外HgCdTe器件,器件设计为n-on-p同质结结构,在300 K的零偏压条件下达到了1.33 ns（750 MHz）的总的响应时间,相对于非制冷的碲镉汞器件和工作于高偏压下的碲镉汞APD器件响应速度有所提高。基于一维模型的分析表明,吸收层中的组分梯度可以形成内置电场并改变了载流子的输运特性,该模型由不同组分梯度的HgCdTe器件的实验对比验证。因此,此项工作优化了高速HgCdTe中波红外探测器的设计,并为设计超快中波红外光电探测器提供了一种可行的思路。     

InGaAs近红外人脸图像检测超轻量算法研究

InGaAs近红外探测器广泛应用于航天航空、军事与民生领域。为了实现InGaAs探测器智能化,结合人脸检测应用,提出了可部署于低功耗移动智能设备的超轻量InGaAs近红外人脸检测算法。主要针对近红外人脸样本较少与低功耗设备部署问题展开研究,采用迁移学习与二值量化方案训练网络。算法首先通过大规模可见光人脸数据集实现了基于SSD的预训练人脸检测网络。然后使用二值量化方案大幅压缩网络参数空间大小与计算量,但同时造成网络准确度下降。为进一步提升网络二值量化效果,为二值量化过程引入了特征均值信息,并以对抗卷积形式弥补了准确度损失。最后,算法通过小规模近红外人脸数据对预训练二值网络进行微调,实现最终网络。所实现的二值量化人脸检测网络在采集的近红外人脸验证集中可以获得71.18%平均准确度。     

CdZnTe衬底对碲镉汞气相外延表面形貌的影响

利用气相外延技术在CdZnTe衬底上生长Hg1-xCdxTe薄膜材料,通过在不同晶向、不同极性、不同晶向偏离角度CdZnTe衬底上的外延结果发现,CdZnTe衬底对外延形貌的影响非常大。(111)面衬底上外延形貌明显优于(211)面衬底的外延形貌。对于同是<111>CdZnTe晶向的衬底,(111)Cd面CdZnTe衬底上的外延形貌明显优于(111)Te面。对于(111)Cd面CdZnTe衬底,当晶向偏离角度不同时,其外延形貌也有差异,晶向偏离角越小表面形貌越好。     

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。