HgCdTe艰辛的历程、辉煌的成就:一、伟大的发明

根据半个多世纪碲镉汞材料、碲镉汞红外探测器的发展里程,以碲镉汞材料的发明、关键技术突破带来的碲镉汞材料生长技术的进步、关键技术的突破带来的碲镉汞探测器性能提升、第一代陆军通用组件、第二代高性能红外焦平面器件和第三代高清、多波段红外焦平面器件等重要里程碑为出发点,采用专题系列的形式,回顾碲镉汞材料及碲镉汞红外探测器发展的...     

HgCdTe:迅速发展的军用材料

针对传感器技术的基本研究的主要课题之一是如何改善制作红外焦平面列阵的碲镉汞材料的品质。这种列阵位于电子器件上面,由大量的探测元组成;整个列阵器件可产生高分辨率的图象。因为HgCdTe的光谱响应范围恰好在红外波段,而且其工作温度比较适中,因此它是制作更好的焦平面的最佳应选材料。单片本征硅作为制作可见光和近红外焦平面的材料之一,已为大家所承认。有些热电材     

HgCdTe红外探测器性能分析

根据碲镉汞材料的性能、碲镉汞红外探测器物理机理和基本器件模型,对截止波长为3 m、5 m、10.5 m的碲镉汞探测器,在不同工作温度下的探测率性能进行了理论计算。计算结果表明:碲镉汞探测器在短波、中波和长波三个主要红外波段均能满足第三代红外焦平面器件对灵敏度和工作温度的要求。     

碲镉汞p-on-n长波异质结探测器材料的制备研究

报道了碲镉汞p+-on-n长波双层异质结材料和异质结台面器件的研究结果,重点研究了p+-on-n型双层异质结材料制备技术。通过水平滑舟富碲液相外延生长的方法在碲锌镉衬底上原位生长In掺杂碲镉汞n型吸收层材料,然后再采用富汞垂直液相外延技术制备p型As原位掺杂的碲镉汞cap层材料,从而获得p+-on-n型双层异质结材料,并通过湿法腐蚀、台面刻蚀以及钝化等工艺得到碲镉汞 p+-on-n长波异质结台面型器件。p+-on-n异质结器件结构可以有效克服少子寿命偏低等问题,在长波及甚长波波段具有更低的暗电流和更高的R0A值,这对于解决目前长波碲镉汞红外探测器暗电流大、结阻抗低的问题,提高长波及甚长波波段碲镉汞红外焦平面器件的性能具有重要的意义。     

碲镉汞红外焦平面响应图"交叉线"特征起源探讨

对碲镉汞红外焦平面热响应图"交叉线"特征起源进行了研究。基于碲镉汞的闪锌矿结构晶体滑移系统理论,讨论了不同滑移面与碲镉汞薄膜生长所用(111)B面和(211)B面交线的方向,从晶格失配和应力释放的角度探讨了碲镉汞薄膜表面交叉线形貌与X射线衍射交叉线貌相的起源与几何结构,分析了碲镉汞薄膜交叉线与材料晶体质量之间的关系,探讨了碲镉汞红外焦平面热响应图交叉线特征的起源及其与器件性能的关系。     

高工作温度中波红外碲镉汞焦平面研究

该文报道了昆明物理研究所高工作温度中波红外碲镉汞焦平面探测器器件的研究情况。通过优化焦平面器件结构参数,采用As离子注入形成p-on-n平面结器件技术,在液相外延生长的高质量原位In掺杂的碲镉汞薄膜上制备了阵列规格为640×512@15μm的中波红外焦平面探测器。利用变温杜瓦测试了焦平面芯片在不同工作温度下的光谱响应、器件暗电流、噪声等效温差、有效像元率以及盲元分布等,测试结果表明器件具备180K以上工作温度的能力。     

夜视技术中的碲镉汞

碲镉汞已有十五年历史,目前已成为夜视技术中主要的红外探测器材料。已经为美国三军并可能为北大西洋条约组织所采用的红外前视装置通用组件,就包括了180元光导碲镉汞探测器组件。一、多光谱碲镉汞可以选择截止波长,做成多光谱器件,即在焦平面上做有几层碲镉汞,每一层都起被动滤光的作用;顶层在其截止波长范围内吸收辐射能,把专吸收的能量透射到     

碲镉汞红外焦平面器件热失配应力研究

采用有限元分析方法研究了碲镉汞红外焦平面器件在低温下由于不同热膨胀系数引起的热失配应力,提出了两种焦平面器件结构,可以有效地降低热应力,并应用于实际器件的制备,明显提高了碲镉汞焦平面器件的可靠性.     

非晶态碲镉汞薄膜晶化过程的椭圆偏振光谱研究(英文)

采用椭圆偏振光谱技术研究了非晶态碲镉汞薄膜在不同退火条件下的结构性能。结果表明非晶态碲镉汞薄膜在退火过程中的成核晶化是在薄膜内部均匀发生的,对于不同晶化程度的薄膜,其光学常数谱具有明显的特征,通过对光学常数谱的分析研究可以对非晶态碲镉汞薄膜的晶化程度进行量化表征,从而控制退火条件,优化材料质量。     

Dewar for 12.5 μm long linear HgCdTe IRFPA

256×2碲镉汞焦平面模块由2个256×1元芯片和2个光伏信号硅读出电路模块平行对称组成,并分别与2个不同波段的微型滤光片以架桥式结构直接耦合后封装在全金属微型杜瓦内,形成了长波256×2长线列碲镉汞红外探测器件组件.基本解决了256×2焦平面杜瓦组件的关键技术,即高精度的组装技术、器件在冷平台上的热失配设计技术和高可靠性封装技术.对抑制杂散光、降低背景辐射、提高组件的可靠性等方面采取了一系列措施,使研制的碲镉汞焦平面器件获得了良好的性能,并进行了一系列空间适应性实验,实验前后的组件性能未发生明显变化,满足工程化应用的要求.     

3英寸Si基碲镉汞分子束外延工艺研究

随着红外焦平面阵列规模的扩大,由于尺寸和成本的限制,传统晶格匹配的碲锌镉衬底逐渐成为碲镉汞红外焦平面探测器发展的瓶颈,大尺寸、低成本硅基碲镉汞材料应运而生。本文采用分子束外延工艺生长获得了3 in Si基中波碲镉汞薄膜材料,通过采用金相显微镜、傅里叶红外光谱仪、双晶X射线衍射仪、湿化学腐蚀位错密度(EPD)法、Hall测试系统等检测手段对Si基中波碲镉汞分子束外延薄膜材料进行表面、光学、结构和电学性能表征,并采用标准平面器件工艺制备中波640×512焦平面探测阵列进行材料验证,结果表明该材料性能与国际先进水平相当。     

碲镉汞线性雪崩焦平面器件评价及其应用(特邀)

碲镉汞线性雪崩焦平面探测器具有高增益、高带宽及低过剩噪声等特点,在航空航天、天文观测、军事装备及地质勘探等领域展现了巨大的应用潜力。目前,国内已经开展了碲镉汞线性雪崩焦平面器件的研制工作,但缺乏评价其性能的方法及标准,同时对其的应用仍然处于探索阶段。首先分析了表征线性雪崩焦平面器件性能的关键参数,同时基于碲镉汞线性雪崩焦平面器件的特点,探讨了雪崩焦平面器件在主/被动红外成像、快速红外成像等领域的应用,最后对碲镉汞雪崩焦平面器件的未来发展进行了展望。     

HgCdTe molecular beam epitaxy material for microcavity light emitters: Application to gas detection in the 2–6 µm range

Most pollution gases, CO, CO₂, NO_x, SO₂, CH₄ …, have fundamental optical absorption in the near infrared range. We report here on microcavity light sources emitting at room temperature between 2 and 6 μm integrated in a gas detection system. HgCdTe has been chosen for this application, among several semiconductor materials. Molecular beam epitaxy (MBE) is very well adapted to grow the suitable HgCdTe heterostructure. The quality of involved HgCdTe layers has to be optimized in order to have a good photoluminescence response at 300 K. For this study, we used the knowledge we acquired in the field of MBE HgCdTe growth for infrared focal plane arrays (IRFPAs). Especially, we took advantage of the substrate preparation before growing and the flux control. We show subsequently several characterization results concerning our material quality. The compact emitting system is formed by this microcavity structure coupled to a 0.8-μm external pumping source. The Fabry-Perot type microcavity is obtained by using two evaporated YF₃/ZnS dielectric multilayered Bragg mirrors. We developed several devices exhibiting emission wavelengths at 3.3 μm, 4.26 μm, and 4.7 μm for CH₄, CO₂, and CO gas measurements, respectively, and 3.7 μm for the reference beam. We measured less than 200 ppm CH₄ in a 1 bar mixed gas along a 10-cm-long cell.     

YbF3和YF3薄膜在0.4~14 μm超宽光谱内光学常数反演

为了获得红外低折射率材料的光学常数,采用电子束热蒸发技术在多光谱硫化锌基底上以不同的基底温度分别制备了单层氟化钇(YF₃)和氟化镱(YbF₃)薄膜。通过分光光度计和傅里叶变换红外光谱仪分别测试其在可见至远红外波段的透射率光谱曲线,使用包络法和色散模型拟合相结合的方法对其在可见至红外波段的光学常数进行了反演,得到了其在0.4~14 μm波段内的折射率与消光系数。采用椭偏测试结果验证了YF₃和YbF₃薄膜在0.4~1.6 μm波段内的光学常数正确性;将拟合得到的光学常数代入TFCalc 膜系设计软件,计算得到的单层薄膜的透射率光谱曲线与实测的光谱曲线吻合较好。实验结果表明,该方法获得的在超宽光谱0.4~14 μm范围内的光学常数准确、可靠。     

n-HgCdTe光导器件的两种表面钝化研究

利用 Ar 束溅射沉积技术实现了 Cd Te薄膜的低温生长 ,利用电化学方法进行了 Hg Cd Te表面自身阳极氧化膜的生长 ,利用生长的 Cd Te介质膜和 Hg Cd Te表面自身阳极氧化膜对 n- Hg Cd Te光导器件进行了表面钝化 .对两种器件的电阻、各项性能指标进行了测量分析 ,实验表明得到的 Cd Te/ Hg Cd Te界面质量已达到器件实用化水平 .     

长波p-on-n碲镉汞红外焦平面器件研究进展

与n-on-p材料相比,p-on-n材料具有更低的暗电流和更高的工作温度,更适于长波以及高温工作碲镉汞红外焦平面器件。介绍了法国Sofradir公司、美国Raytheon Vision Systems公司以及国内的华北光电技术研究所和昆明物理研究所在长波p-on-n器件上的研究进展。     

12.5 μm长线列碲镉汞焦平面杜瓦组件

256×2碲镉汞焦平面模块由2个256×1元芯片和2个光伏信号硅读出电路模块平行对称组成,并分别与2个不同波段的微型滤光片以架桥式结构直接耦合后封装在全金属微型杜瓦内,形成了长波256×2长线列碲镉汞红外探测器件组件。基本解决了256×2焦平面杜瓦组件的关键技术,即高精度的组装技术、器件在冷平台上的热失配设计技术和高可靠性封装技术。对抑制杂散光、降低背景辐射、提高组件的可靠性等方面采取了一系列措施,使研制的碲镉汞焦平面器件获得了良好的性能,并进行了一系列空间适应性实验,实验前后的组件性能未发生明显变化,满足工程化应用的要求。     

碲镉汞红外探测器的前沿技术综述

红外光电探测器件在军事、民用和科学研究方面具有非常重要的应用。而碲镉汞(HgCdTe)由于自身的诸多优点在红外光电探测器的发展中起到了至关重要的作用,至今仍然是重要的战略战术应用中首选的材料体系。首先分析了针对新一代红外探测器所提出的SWaP3(Size,Weight,and Power,Performance and Price)概念,然后简略介绍了第三代红外焦平面研究背景下HgCdTe薄膜的衬底水平与材料生长情况,最后总结了大规模阵列器件、甚长波红外器件、高工作温度(High Operating Temperature,HOT)器件、超光谱探测器件、双色器件以及雪崩光电器件等前沿技术方面的研究进展。     

Performance characteristics of planar ion-implantation isolated heterojunction,near-infrared,and short-wave infrared HgCdTe devices

Two-dimensional near-infrared (NIR) and short-wave infrared (SWIR) HgCdTe arrays have been produced using planar ion-implantation isolated heterojunction (PI3H) device technology. This paper is an extension of an earlier study in which focal plane arrays (FPAs) were fabricated based on heterojunction-mesa and ion-implanted planar device structures. The PI3H device structure is pursued in order to verify whether it can encompass both the superb multilayer characteristics of heterojunction detectors as well as the planar integrity of ion-implanted devices. The PI3H devices are characterized, and R₀A measurements are carried out at different temperatures and compared to those obtained from heterojunction-mesa and ion-implanted device structures. Data shows the PI3H devices to be superior to both heterojunctionmesa and ion-implanted detectors at temperatures between 130 K and 300 K. Performance characteristics of the thermoelectric (TE) cooled SWIR FPAs with 320 × 256 format, as well as NIR FPAs with 640×512 format based on the PI3H device structure are also discussed.     

碲镉汞p^＋-on-n长波异质结探测器的研究

报道了HgCdTe p^ -on-o长波异质结焦平面器件的研究结果．采用由分子柬外延(MBE)和原位掺杂技术生长的P^ -on-n异质结材料，通过湿法腐蚀、台面钝化、台面金属化、铟柱制备和互连等工艺，得到了HgCdTe p^ -on-o长波异质结焦平面器件．根据，I-V实验结果和暗电流理论，拟合计算和分析了各种暗电流机制对器件性能的影响．且获得了器件的响应光谱和探测率。