InGaAs短波红外探测器研究进展

InxGa1 -xAs材料属于Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体合金材料,随In组分含量的不同,其光谱响应的截止波长可在0.87～3.5 μm范围内变化,并具有高量子效率,加之成熟的MBE和MOVCD材料生长方式,很容易获得大面积高质量的外延材料,InGaAs材料因此成为一种重要的短波红外探测材料.InGaAs探测器可以在室温或近室温下工作,且具有较高的灵敏度和探测率,是小型化、低成本和高可靠性的短波红外探测系统的最佳选择,因此InGaAs短波红外探测器获得了飞速的发展和广泛的应用.同时对国内外InGaAs焦平面探测器发展状况和趋势进行了介绍.     

短波红外InGaAs焦平面探测器研究进展

短波红外InGaAs焦平面探测器具有探测率高、均匀性好等优点,在航天遥感、微光夜视、医疗诊断等领域具有广泛应用。近十年来,中国科学院上海技术物理研究所围绕高灵敏度常规波长（0.9～1.7 μm） InGaAs焦平面、延伸波长（1.0～2.5 μm） InGaAs焦平面以及新型多功能InGaAs探测器取得了良好进展。在常规波长InGaAs焦平面方面,从256×1、512×1元等线列向320×256、640×512、4 000×128、1 280×1 024元等多种规格面阵方面发展,室温暗电流密度优于5 nA/cm2,室温峰值探测率优于5×1012 cm·Hz1/2/W。在延伸波长InGaAs探测器方面,发展了高光谱高帧频1 024×256、1 024×512元焦平面,暗电流密度优于10 nA/cm2和峰值探测率优于5×1011 cm·Hz1/2/W@200 K。在新型多功能InGaAs探测器方面,发展了一种可见近红外响应的InGaAs探测器,通过具有阻挡层结构的新型外延材料和片上集成微纳陷光结构,实现0.4～1.7 μm宽谱段响应,研制的320×256、640×512焦平面组件的量子效率达到40%@0.5 m、80%@0.8 m、90%@1.55 m;发展了片上集成亚波长金属光栅的InGaAs偏振探测器,其在0 °、45 °、90 °、135 °的消光比优于20:1。     

短波红外InGaAs焦平面探测器的技术进展

InGaAs焦平面阵列探测器是短波红外(SWIR)窗口获取目标信息的主流成像器件,具有灵敏度高、可室温工作的典型技术特征,作为一类重要的军民两用技术,在军事装备、安全防范、工业检测和空天遥感等领域需求明确,应用前景广阔.文章简述了短波红外InGaAs焦平面探测器的技术进展与主要应用概况,并对该技术的发展前景进行了展望.     

高性能短波红外 InGaAs 焦平面探测器研究进展

中科院上海技物所近十年来开展了高性能短波红外 InGaAs 焦平面探测器的研究。0.9～1.7?m近红外 InGaAs 焦平面探测器已实现了256×1、512×1、1024×1等多种线列规格,以及320×256、640×512、4000×128等面阵,室温暗电流密度＜5 nA/cm2,室温峰值探测率优于5×1012 cm?Hz1/2/W。同时,开展了向可见波段拓展的320×256焦平面探测器研究,光谱范围0.5～1.7?m,在0.8?m 的量子效率约20%,在1.0?m 的量子效率约45%。针对高光谱应用需求,上海技物所开展了1.0～2.5?m 短波红外 InGaAs 探测器研究,暗电流密度小于10 nA/cm2@200 K,形成了512×256、1024×128等多规格探测器,峰值量子效率高于75%,峰值探测率优于5×1011 cm?Hz1/2/W。     

短波红外焦平面探测器及其应用进展

简要介绍短波红外焦平面阵列(SWIRFPA)的相关概念,从探测器材料、探测器制备工艺方面讲述国内外在短波红外焦平面探测器研究领域取得的进展,列举HgCdTe和InGaAs材料短波红外焦平面探测器产品,描述当前短波红外焦平面探测器的研究动向,最后列举了一些有代表性的短波红外焦平面阵列的应用.     

InGaAs可见/短波红外焦平面探测器新进展

In_1-xGa_xAs是一种Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体合金材料,其光谱响应截止波长可随合金组分x值的不同在0.87 μm (GaAs)~3.5 μm (InAs)范围内变化。 InGaAs材料在光通讯领域的广泛应用和可在常温下工作的特点,使其成为焦平面成像领域的研究热点。国际市场已有商业化产品,主要应用于民用、军用、航空、空间遥感等领域。在介绍In_1-xGa_xAs短波红外焦平面探测器的主要特性及研制进展的基础上,重点介绍了国际上在InGaAs光谱响应范围向可见光扩展的研究动向。     

InGaAs焦平面探测器成像组件的设计与实现

针对InGaAs短波红外成像在军事装备、安全防范和工业检测等领域中的应用,提出了一种基于FPGA技术架构的InGaAs焦平面探测器组件的设计方案.讨论了InGaAs焦平面探测器的时序驱动、TEC温控、非均匀性校正、图像增强和自动曝光等关键技术的实现方法.经试验验证,依据该方案研制出的InGaAs焦平面探测器成像组件灵敏度高、对比度好、透雾效果明显.     

2560×2048元短波红外InGaAs焦平面探测器（特邀）

高性能大规模小像元短波红外InGaAs焦平面探测器是新一代航天遥感仪器向高空间分辨率、高能量分辨率、高时间分辨率发展需要的核心器件。文中报道了高密度InGaAs探测器阵列设计与制备,并与匹配的Si-CMOS读出电路倒焊互连形成焦平面的最新研究进展,重点突破了高密度小像素探测器的暗电流和噪声抑制、百万像素焦平面倒焊互连等关键技术,解决了高平整度芯片面形控制、In柱凸点形貌和高度一致性控制、高密度倒焊偏移控制等倒焊新工艺,研制了像元中心距10 μm的2560×2048元焦平面探测器,其峰值探测率优于1.0×1013 cm·Hz1/2/W,响应不均匀性优于3%,有效像元率优于99.7%,动态范围优于120 dB。采用该焦平面进行了实验室演示成像,图片清晰。     

InGaAs纳米线雪崩焦平面探测器发展研究

基于InGaAs纳米线的光电探测器,由于其优异的性能而受到广泛的关注和研究。综述了InGaAs纳米线光电探测器的探测机理、材料结构、器件性能和当前的研究现状。讨论了InGaAs纳米线雪崩焦平面探测器结构设计、纳米线材料精密生长、纳米线材料的界面与缺陷控制、纳米线雪崩焦平面器件制备工艺等关键技术。对发展高光子探测效率、低噪声、高增益InGaAs纳米线雪崩焦平面探测器的前景进行了展望。     

InGaAs红外焦平面

本文概括了国内外InGaAs红外焦平面的研究现状、发展趋势和基本性质。介绍了几种InGaAs红外焦平面的结构和工作原理,及其在军用、民用和空间遥感领域的应用前景。对InGaAs焦平面的研究和开发将具有非常重要的意义。     

InGaAs短波红外探测器

与InP衬底晶格常数相匹配的In0.53Ga0.47As材料能够制作出高质量的光电探测器,可工作在室温或热电制冷条件下,光响应谱范围为0.92～1.7μm,具有高达80%以上的量子效率.通过对InGaAs探测器芯片平面和平台式结构的分析,以及InGaAs芯片和HgCdTe芯片的性能测试、比较,充分证明了InGaAs材料芯片的优越性及研制在室温下工作的高性能InGaAs探测器的可行性.对InGaAs芯片相对光谱特性的测试表明,InGaAs材料温度响应重复性较好.     

平面型24元InGaAs短波红外探测器

设计了带有保护环结构的平面型24×1 InGaAs线列短波红外探测器,利用n-i-n+型InP/Ino.53Gao.47As/InP外延材料闭管扩散制备了平面型探测器.LBIC测试显示光敏元没有明显扩大,保护环起到了有效的隔离效果;I-V测试表明器件的优值因子R0A约4.2×106Ω·cm2,在-0.1 V反向偏压下的暗电流密度约22 nA/cm2,拟合得到的理想因子接近1,说明正向电流成分主要为扩散电流;在室温20℃,器件的响应光谱在0.9～1.68 tm波段范围,其平均峰值电流响应率为1.24 A/W,平均峰值探测率为3.0×1012 cm·Hz1/2/W,量子效率接近95％,响应的不均匀性为2.63％.     

正照射延伸波长In0.8Ga0.2As红外焦平面探测器

为了研究延伸波长In0.8Ga0.2As PIN短波红外探测器的温度响应光电特性,采用闭管扩散的平面型器件工艺,在金属有机化学气相外延（MOCVD）外延生长的NIN型InAs0.6P0.4/In0.8Ga0.2As/InAs0.6P0.4 buf./InP材料上制备了正照射延伸波长2561线列InGaAs红外焦平面探测器,研究了探测器在不同温度下的I-V特性、光谱响应特性和探测率。结果表明,随着温度的降低,在小偏压下,器件的正向暗电流由产生复合电流为主逐渐变为以扩散电流为主。在260~300 K温度范围内,反向电流主要由扩散电流和产生复合电流组成,当温度低于180 K时,器件的反向电流主要为隧穿电流。室温下器件响应截止波长和峰值波长分别为2.57 m和2.09 m,峰值探测率为7.25108 cmHz1/2/W,峰值响应率为0.95 A/W,量子效率为56.9%。焦平面的峰值探测率在153 K达到峰值,约为1.111011 cmHz1/2/W,响应非均匀性为5.28%。     

背照射波长延伸InGaAs面阵焦平面探测器

在MBE外延生长的In0.8Al0.2As/In0.8Ga0.2As材料上,采用台面成型方法制备了背照射32?32元InGaAs探测器,其中心距为30μm,并详细分析了探测器及其焦平面光电性能。结果表明,温度高于220K时吸收层材料热激活能为0.443eV,300K时在所考虑的偏压范围内,暗电流主要由扩散电流、产生复合电流及其欧姆漏电流构成。对组件焦平面特性也进行了研究,并通过读出电路的变积分电容测试结构测试结果提取出积分电容上的寄生电容,在测试温度范围内约为10fF左右。     

采用InGaAs焦平面列阵的微型双波长摄像机

位于美国新泽西州普林斯顿市的传感器无限公司最近研制出了一种采用InGaAs焦平面列阵的微型双波长摄像机。该摄像机不采用运动部件,重量仅为11盎司,功耗不到1．6W,可在室温下工作。     

红外焦平面探测器响应非线性的测定

提出了一种定量红外焦平面探测器响应非线性的实验方法。通过实验获得探测器输出电压与辐射到光敏元上的辐射通量数据，进而进行曲线拟合，得到了红外探测器的响应非线性曲线——“S型曲线”，并且尝试建立了它的非线性数学模型。基于这种非线性模型，提出了一种新的校正思路——基于光敏元响应非线性的非均匀校正方法。这种校正思路较现有的温度定标校正算法更忠实于光敏元的真实特性，因而能达到更高校正精度。计算机仿真结果表明，根据响应非线性曲线进行校正的精度能提高到两点校正算法的3倍左右。     

可见光拓展InP/InGaAs宽光谱红外探测器

由于标准InP/In0.53Ga0.47As短波红外探测器的响应波段为0.87~1.7 m,在高性能夜视中具有重要的应用。为了进一步利用夜天光在可见光区间的辐射能量,需要将InP/In0.53Ga0.47As短波探测器的光谱响应拓展到可见光,从而实现包含可见光和短波波段的宽光谱探测。通过特殊的材料设计和背减薄工艺,成功研制了可见光拓展的320256 InP/InGaAs宽光谱红外探测器。采用增加滤光片的方法完成了器件在可见光、短波的成像演示,结果表明:目标在可见光、短波波段呈现出不同的特征信息,而不加滤光片的可见光拓展InP/InGaAs宽光谱红外探测器则探测到两个波段的信息,既包含目标的可见光信息同时也具有短波信息,从而实现了可见/短波双波段探测的效果,可显著提升对目标的探测能力。     

波长拓展型InGaAsBi近红外探测器

InGaAs光电探测器广泛应用于短波红外检测。在InGaAs中掺入Bi可以减小带隙,延长探测波长。通过控制In和Bi的组分可使In_yGa_1-yAs_1-xBi_x与InP晶格匹配,同时,扩展探测波长至3 μm以上。设计并研究了In_0.394Ga_0.606As_0.913Bi_0.087 p-i-n光电探测器的光电性能。计算了不同温度、吸收层厚度和p（n）区掺杂浓度下的暗电流和响应率特性。获得了3 μm的截止波长。该结构为拓展InP基晶格匹配的短波红外探测器的探测波长提供了一种可行的方法。     

能对不可见激光进行成像的InGaAs短波红外摄像机

军事力量的扩张,已导致安装于军用设备上的电光系统的数量急剧增加.现在,电光成像系统在航空母舰、无人驾驶飞行器乃至单兵步枪和头盔上已随处可见.……