第三代碲镉汞器件的研发进展

通过对近年来部分英语文献的归纳分析,介绍了国外第三代碲镉汞（MCT）器件的研发现状,包括具有新颖器件结构的双色或三色探测器、雪崩光电二极管和多光谱阵列等.分析了三代MCT器件在阵列规模、光伏技术的甚长波应用、多色、读出电路等方面的研究进展.指出利用复杂可控的气相外延生长方法,例如分子束外延（MBE）和金属有机气相化学沉积（MOCVD）等,已可制备近乎理想设计的异质结光电二极管.随着基于MBE生长的MCT技术发展,法国和美国已分别可以制备4英寸以上的大尺寸锗基和硅基晶片,并在晶片上以可控厚度沉积光敏薄膜.依据目前的发展,三代MCT技术有望3、5年内达到量产的水平.     

硅基碲镉汞红外探测器表面钝化研究

碲镉汞(Mercury Cadmium Telluride, MCT)材料的表面钝化是红外探测器制备中的关键工艺之一。高性能MCT器件需要稳定且可重复生产的钝化表面和符合器件性能要求的界面。因此,探究MCT表面钝化技术具有重要意义。研究了MCT的分子束外延(Molecular Beam Epitaxy, MBE)原位钝化与磁控溅射钝化两种钝化技术。结果表明,MBE原位钝化膜层的致密性较好,钝化层表面的缺陷孔洞较小,钝化层与MCT的晶格匹配度较好,器件流片的电流-电压(I-V)特性要优于磁控溅射正常钝化。     

碲镉汞薄膜的进展与趋势

本文针对响应波长8～12μmMCT焦平面阵列探测器对MCT薄膜材料性能要求,分析了液相外延(LPE)和分子束外延(MBE)生长的MCT薄膜,究竟哪一种方法生长的薄膜能更好地满足焦平面阵列探测器的技术要求。根据LPE工艺的日趋成熟所暴露出来的缺点,MBE工艺的进展与理论上预示的优点在实验中得到了证实。两者相比较,它们相互易位,过去10多年把LPE作为生长MCT薄膜的主要方法,现在已转向以MBE(也包括MOCVD)作为今后生长MCT薄膜的主攻方向。     

星载红外双谱段高光谱成像仪光学系统设计

针对国内外星载红外高光谱成像数据空白和迫切应用需求,本文提出了星载红外双谱段高光谱成像技术方案,实现高空间分辨率、高光谱分辨率和高温度灵敏度成像。工作谱段覆盖中波红外(3～5μm)和长波红外(8～125μm),中波和长波红外谱段的光谱分辨率分别为50nm和100nm,空间分辨率为60m,成像幅宽为60km,噪声等效温差优于02 K。分析确定了红外高光谱成像仪的光学系统技术指标,设计了望远光学系统、光谱成像光学系统和高光谱成像仪整体光学系统。望远光学系统采用自由曲面离轴三反设计方案,实现了大相对孔径像方远心和低畸变设计,相对畸变小于0135;光谱成像光学系统采用Wynne Offner结构形式,实现了高成像质量、轻小型化设计,不同波长的传函均接近衍射极限。设计结果表明,星载红外双谱段高光谱成像仪的光学系统成像质量优良,结构布局紧凑合理,具有较强的工程应用价值。     

Si基碲镉汞分子束外延工艺优化研究

报道了Si基碲镉汞(MCT)分子束外延(MBE)的最新研究进展,通过使用反射式高能电子衍射(RHEED)、高温计的在线测量建立和优化了3 in Si基碲镉汞生长温度曲线;通过二次缓冲层的生长进一步降低了界面能,获得的Si基HgCdTe材料在8μm的厚度下半峰宽达到90.72 arcsec,原生片位错密度(EPD)小于1×107 cm-2;采用此材料成功制备出了高性能的中波Si基1280×1024碲镉汞探测器。     

基于VLD技术的MCT器件仿真分析

针对在脉冲功率领域有一定应用的栅控晶闸管(MCT)器件,提出了一种基于VLD(横向变掺杂)技术的MCT(VMCT)器件新工艺并通过仿真比较出新工艺的优势。VLD技术是指通过调整掩模版窗口的大小调节杂质掺杂浓度,进而优化MCT中NPN晶体管的电流放大系数a,通过仿真确定了新工艺的杂质注入剂量。仿真结果表明采用新工艺的VMCT器件比采用常规工艺MCT(CMCT)电流能力更强,是CMCT的2倍;和CMCT相比,VMCT器件的耐压和关断电压都保持不变,但是VMCT在工艺流程中比MCT节省一张掩模版。     

分子束外延技术

分子束外延(简称 MBE)设备是一种控制晶体生长的装置。现在,用 MBE 技术可以制备在自然界不存在的某些晶体。目前研究时采用该技术最多的材料是砷化镓(GaAs)、砷化铝(GaAl)和它们的混晶镓铝砷(GaAlAs)。在用 MBE 技术研究的材料中它们约占70%,其余的30%为硅(Si)、砷化铟(InAs)、铟镓砷(InGaAs)、碳化硅(SiC)、磷化铟(InP)、磷化镓(GaP)、碲镉汞(CdHgTe)等材料.     

光调制反射谱用于研究MBEGaAs1—xSbx／GaAs外延膜

本文讨论了量子阱的光调制反射谱(PR)线形,并采用光调制反射谱研究了MBE GaAs_(1-x)Sb_x/GaAs异质结、应变层量子阱。可见,用PR谱研究MBE外延膜具有一定的优越性。     

碲镉汞物理与化学钝化界面的AES研究

采用化学和物理方法分别在Hg1-xCdxTe (MCT)表面制备了阳极氟化膜、CdTe、ZnS和类金刚石薄膜(DLC)钝化层.采用俄歇光谱(AES)和红外透射光谱(IR)研究了这些钝化层与MCT之间的界面特性.结果表明与阳极氟化膜和CdTe膜相比,ZnS和DLC膜能较好地抑制MCT组元的外扩散.ZnS层中的Zn和S 易于向MCT内部扩散,而且发现在ZnS层中有O的存在,这可能是由于ZnS易与空气中水份发生作用所致.而DLC中C向MCT内表面扩散较少.MCT表面沉积DLC薄膜后红外透过率较ZnS有明显的提高.     

分子束外延生长HgCdTe合金膜的前景

本文综述国外近几年来利用MBE(分子束外延法)生长MCT薄膜及其衬底膜的进展、优点、前景,供我们研究MCT材料的借鉴。     

Electromagnetic Modeling of <Emphasis Type="Italic">n</Emphasis>-on-<Emphasis Type="Italic">p</Emphasis> HgCdTe Back-Illuminated Infrared Photodiode Response

The mercury cadmium telluride (MCT) photodiode is a well-known detector for infrared (IR) sensing. Its growth (mainly liquid phase epitaxy (LPE)) and photovoltaic technology (ion implantation planar technology for instance) for second-generation IR detectors (linear and 2D monospectral arrays) now appear to be mature, well mastered, and understood, and allow optimal detection in a wide range of spectral bands. However, the next generation of IR detectors is supposed to use more sophisticated structures and technologies (such as mesa technology for dual-band detection or advanced heterostructures for high-operating-temperature detectors). Such structures are usually grown by molecular beam epitaxy (MBE) and consist of a layered stack of different thicknesses, HgCdTe (MCT) compositions, and doping levels. Moreover, pitches accessible today with advanced hybridization techniques (20 μm or less) tend to approach the diffraction limit, especially for long-wave (LWIR) and very long-wave (VLWIR) devices. Hence, the physical understanding of these third-generation pixels from an electromagnetic (EM) point of view is not straightforward as it will have to take into account diffraction effects in the pixels. This paper will focus on EM simulation of advanced MCT detectors, using finite element modeling (FEM) to solve Maxwell’s equations in a two-dimensional (2D) configuration and calculate absorption in the pixel. The corresponding collected current is then estimated by introducing a simple diffusion modeled diode and is compared to spot-scan experiments and/or experimental spectral responses to validate the method.     

甚长波碲镉汞红外探测器的发展

天基红外技术对于远程弹道导弹防御具有重要作用.当飞来的导弹位于地球阴影区域时,作为背阳的结果,空间温度很低,导弹呈现为一个微弱的冷目标,峰值波长在甚长波红外(VLWIR,大于14μm)波段,这时就需要VLWIR探测器.VLWIR对于大面阵碲镉汞焦平面(FPA)器件的设计来说是一种非常具有挑战性的波段.它要求高均匀性、低缺陷率、高量子效率、低暗电流和低噪声.主要通过对近年来刊发的部分有关英语文献资料的归纳分析,介绍了有关VLWIR/MCT技术的发展状况,其中一个发展趋势是从n-on-p空位掺杂器件结构转向非本征掺杂p-on-n器件结构.     

小型高光谱图谱仪与激光雷达及其海洋应用

海洋是地球生态环境的重要一环,但人类对海洋资源的勘探和开采容易对其造成严重破坏,如油气开采过程造成的大面积溢油、污染和赤潮爆发等。高光谱成像技术可以同时获取图像信息与高分辨光谱信息,在海洋原位探测上具有重大应用。文中综述了小型高光谱图谱仪与激光雷达及其在海洋应用上的部分近期工作。小型高光谱图谱仪结合荧光技术,实现了溢油种类的分类和油膜厚度的估计。多模式高光谱海洋原位探测系统可以工作于普通反射或透射成像、望远成像、显微成像三种模式,实现了海洋不同藻类及鱼类传染病载体孢囊的高光谱探测。高光谱技术结合激光雷达技术在溢油、赤潮等海洋污染物监测方面具有很大潜力。非弹性高光谱沙姆激光雷达系统通过油品的荧光光谱实现了海洋溢油油品的遥测鉴别。形貌沙姆激光雷达系统基于二维沙姆成像原理,通过空气-水界面折射矫正,成功的对人体、贝壳、珊瑚等进行了三维形貌重构,近处恢复精度可达毫米级,表面纹路清晰可见,为海洋监测应用提供了新的技术支持。     

高光谱图像压缩技术研究进展

高光谱遥感已经成为遥感领域的前沿科技,在军事侦察以及国民经济中发挥着重要作用。高光谱遥感的光谱通道数达到上百个,光谱分辨率的不断提高使得高光谱图像的数据量急剧膨胀。对于星载成像光谱仪获取的高光谱图像,庞大的数据量已经给数据的存储与传输带来巨大压力,严重制约着高光谱图像的后续应用,因此,必须利用有效的压缩技术对高光谱图像进行压缩。高光谱图像压缩技术可分为无损压缩与有损压缩,在实际应用中,需要根据具体的应用需求选取不同的压缩方式。本文首先对高光谱遥感的基本概念进行了简介,然后从无损压缩与有损压缩两个方面对高光谱图像压缩技术的研究进展进行了综述,最后,指出了高光谱图像压缩技术的发展方向。      

短/中波双色碲镉汞红外探测器制备研究

报道了基于分子束外延的短/中波双色碲镉汞材料及器件的最新研究进展.采用分子束外延方法制备出了高质量的短/中波双色碲镉汞材料,并通过提高材料质量将其表面缺陷密度控制在300 cm-2以内.在此基础上进一步优化了芯片制备工艺,尤其是在减小像元中心距方面作了优化.基于上述多项材料及器件工艺制备出了320×256短/中波双色碲...     

Absorption coefficients of marine waters: expanding multiband information to hyperspectral data

For many oceanographic studies and applications, it is desirable to know the spectrum of the attenuation coefficient. For water of the vast ocean, an effective way to get information about this property is through satellite measurements of ocean color. Past and present satellite sensors designed for ocean-color measurements, however, can only provide data in a few spectral bands. A tool is needed to expand these multiband measurements to hyperspectral information. The major contributors to the attenuation coefficient are absorption and backscattering coefficients. The spectral backscattering coefficient can generally be well described with a couple of parameters, but not so for the spectral absorption coefficient. In this paper, based on available hyperspectral absorption data, spectral-transfer coefficients are developed to expand multiband absorption coefficients to hyperspectral (400-700 nm with a 10-nm step) absorption spectrum. The derived transfer coefficients are further applied to data from field measurements to test their performance, and it is found that modeled absorption matches measured absorption very well (/spl sim/5% error). These results indicate that when absorption and backscattering coefficients are available at multiple bands, a hyperspectral attenuation-coefficient spectrum can now be well constructed.     

短/中波双色碲镉汞红外焦平面探测器研究

报道了基于分子束外延碲镉汞短/中波双色材料、器件的最新研究进展。采用分子束外延方法制备出了高质量的短/中波双色碲镉汞材料,并优化了材料的质量,材料表面缺陷密度控制在500个/cm-2以内,通过扫描电子显微镜可以看出各层之间界面陡峭,使用傅里叶红外变换光谱仪(FTIR)、X射线衍射(XRD)等方法对材料进行了表征,基于此材料制备出了短/中波碲镉汞双色器件,器件测试性能良好。     

HgCdTe focal plane arrays for dual-color mid- and long-wavelength infrared detection

Raytheon Vision Systems (RVS, Goleta, CA) in collaboration with HRL Laboratories (Malibu, CA) is contributing to the maturation and manufacturing readiness of third-generation, dual-color, HgCdTe infrared staring focal plane arrays (FPAs). This paper will highlight data from the routine growth and fabrication of 256×256 30-μm unit-cell staring FPAs that provide dual-color detection in the mid-wavelength infrared (MWIR) and long wavelength infrared (LWIR) spectral regions. The FPAs configured for MWIR/MWIR, MWIR/LWIR, and LWIR/LWIR detection are used for target identification, signature recognition, and clutter rejection in a wide variety of space and ground-based applications. Optimized triple-layer heterojunction (TLHJ) device designs and molecular beam epitaxy (MBE) growth using in-situ controls has contributed to individual bands in all dual-color FPA configurations exhibiting high operability (>99%) and both performance and FPA functionality comparable to state-of-the-art, single-color technology. The measured spectral cross talk from out-of-band radiation for either band is also typically less than 10%. An FPA architecture based on a single-mesa, single-indium bump, and sequential-mode operation leverages current single-color processes in production while also providing compatibility with existing second-generation technologies.     

RHEED优化MBE生长中波MCT薄膜工艺

在分子束外延(MBE)中波HgCdTe薄膜过程中,利用反射式高能电子衍射(RHEED)对衬底表面脱氧和生长过程中生长参数对材料特性的影响进行研究.通过观察RHEED图样的变化,确定了衬底的脱氧状况,获得了生长中衬底温度等生长参数变化引起材料结晶的变化规律,为MBE生长HgCdTe薄膜实验的可控生长提供有效帮助;生长结束后,通过SEM、Hall等手段对HgCdTe的表面缺陷、电学参数等性能进行了初步研究,证明实验说成长的材料基本满足器件制备的要求.