具有时间延迟和积分功能的HgCdTe扫描焦平面线列阵

俄罗斯RD&P Center ORION发展了一种基于平面HgCdTe光电二极管列阵和定制硅集成读出电路的焦平面列阵技术.做在碲镉汞液相外延层上的光伏探测器列阵以及硅读出电路是通过铟丘连接在蓝宝石互连衬底上的.冷却的硅读出电路是用n-MOS工艺制作的.本文描述了一些3μm～5μm和8μm～12μm时间延迟和积分(TDI)扫描红外焦平面线列的一般结构和发展结果,这些焦平面线列的规格分别为4×48、2×96、4×128和2×256.介绍了基于碲镉汞外延层的光伏型列阵的性能.描述了以TDI模式工作的混成焦平面列阵的测试方法及典型的调查结果.在8μm～12μm波长范围内,带四个TDI元件的4×48和4×128焦平面列阵的探测率高于(1～2)×1011cmW-1Hz1/2,带两个TDI元件的2×96和2×256焦平面列阵的探测率高于(7～10)× 1010cmW-1Hz1/2.     

法国SOFRADIR公司推出基于非晶硅技术的非制冷微热辐射计红外探测器

法国SOFRADIR公司最近推出一种基于非晶硅(a-Si)技术的非制冷微热辐射计红外探测器.该探测器包括一个间距为45μm、占空因子高于80%的320×240元红外焦平面列阵,其工作波长为7μm～14μm.与该非晶硅温度计相联的CMOS读出电路是一种标准的0.5 μm CMOS部件.它允许探测器以脉冲偏压模式工作,因而可以提高像元的热响应率并使红外焦平面列阵免受焦平面温度变化的影响.在30℃时,探测器的功耗低于200mW.     

用分子束外延方法在4"硅衬底上生长HgCdTe并制造高性能大规格中波红外焦平面列阵

美国Raytheon公司已能用分子束外延方法在4"硅晶片上生长HgCdTe中波红外双层异质结(MWIRDLHJ),并能用这些晶片制造高性能器件.测试数据表明,用分子束外延晶片制造的截止波长范围为4μm～7μm的探测器的性能堪与用液相外延方法生长的材料的趋势线性能匹敌.两者的光谱特性相似,但前者的量子效率略低,这归因于所使用的硅衬底.在R0A参数方面,HgCdTe/Si器件比用液相外延方法生长的探测器更接近理论辐射限.通过一个简单的模型,已知材料中的缺陷密度关系到器件的性能.同液相处延材料相比,分子束外延材料的1/f噪声略有增加,但测得的噪声电平还不足以明显降低焦平面列阵的性能.Raytheon公司除了用分子束外延材料制造分立的探测器之外,还用这种材料制造了两种规格的焦平面列阵.制造出来的128×128元焦平面列阵的中波红外灵敏度与用成熟的InSb工艺制造的焦平面列阵相似,而像元的可操作率已超过99%.用分子束外延材料制造的640×480元焦平面列阵则显示出更高的灵敏度和可操作率.     

用离子注入法研制低暗电流和高性能的Hg0.57Cd0.43Te红外探测器

本文介绍美国雷神视觉系统(RVS)公司和AVYD器件公司在提高红外探测器性能方面所获得的成果。这两家公司联合验证了一些具有高可操作性和高性能的甚大规格成像焦平面列阵,它们将在未来的近红外和短波红外成像应用中发挥应有的潜能。这种探测器的设计理念可能会使像元间距小到5μm的大规格焦平面列阵达到衍射限分辨率。本文报导雷神视觉系统公司的先进样品制造厂把该公司的Hg_(1-x)Cd_xTe材料生长和探测器操作工艺方法与AVYD公司的p型离子注入方法结合起来在制作平面探测器列阵晶片方面所做的工作。同时综述像元间距为20μm的1024×1024元短波红外焦平面列阵的性能。这种探测器列阵是用响应波段为从近红外至2.5μm截止波长的Hg_(1-x)Cd_xTe材料制作的。通过柱状焊接互连技术,探测器列阵与雷神视觉系统公司的天文学级读出电路片焊接在一起。这些焦平面列阵在整个光谱范围内呈现出极佳的量子效率和均匀性,并呈现出中值为每秒0.25个电子的甚低漏泄电流。用来制作探测器列阵的工程级Hg_(1-x)Cd_xTe外延层是用经过改进的液相外延方法在CdZnTe衬底上生长的,并经过了复合的钝化/离子注入/钝化处理。本文详细评论探测器的性能数据,其中包括测试结构的电流-电压特性曲线、截止光谱曲线、焦平面列阵的量子效率和漏泄电流。     

128x128元InAs/GaSb II类超晶格红外焦平面探测器

报道了128×128元InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外焦平面阵列探测器的研究成果.实验采用分子束外延技术在GaSb衬底上生长超晶格材料.红外吸收区结构为13 ML(InAs)/9 ML(GaSb),器件采用PIN结构,焦平面阵列光敏元大小为40μm×40μm.通过台面形成、侧边钝化和金属电极生长,以及与读出电路互连等工艺,得到了128×128面阵长波焦平面探测器.在77 K时测试,器件的100%截止波长为8μm,峰值探测率6.0×109cmHz1/2W-1.经红外焦平面成像测试,探测器可得到较为清晰的成像.     

用分子束外延方法在4″硅衬底上生长HgCdTe并制造高性能大规格中波红外焦平面列阵

美国Raytheon公司已能用分子束外延方法在4"硅晶片上生长HgCdTe中波红外双层异质结(MWIRDLHJ),并能用这些晶片制造高性能器件。测试数据表明,用分子束外延晶片制造的截止波长范围为4μm～7μm的探测器的性能堪与用液相外延方法生长的材料的趋势线性能匹敌。两者的光谱特性相似,但前者的量子效率略低,这归因于所使用的硅衬底。在R_0A参数方面,HgCdTe/Si器件比用液相外延方法生长的探测器更接近理论辐射限。通过一个简单的模型,已知材料中的缺陷密度关系到器件的性能。同液相处延材料相比,分子束外延材料的1/f噪声略有增加,但测得的噪声电平还不足以明显降低焦平面列阵的性能。Raytheon公司除了用分子束外延材料制造分立的探测器之外,还用这种材料制造了两种规格的焦平面列阵。制造出来的128×128元焦平面列阵的中波红外灵敏度与用成熟的InSb工艺制造的焦平面列阵相似,而像元的可操作率已超过99％。用分子束外延材料制造的640×480元焦平面列阵则显示出更高的灵敏度和可操作率。     

128×128元InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外焦平面探测器

报道了128×128元InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外焦平面阵列探测器的研究成果.实验采用分子束外延技术在GaSb衬底上生长超晶格材料.红外吸收区结构为13 ML(InAs)/9 ML(GaSb),器件采用PIN结构,焦平面阵列光敏元大小为40 μm×40μm.通过台面形成、侧边钝化和金属电极生长,以及与读出电路互连等工艺,得到了128×128面阵长波焦平面探测器.在77 K时测试,器件的100％截止波长为8μm,峰值探测率6.0×109 cmHz1/2 W-1.经红外焦平面成像测试,探测器可得到较为清晰的成像.     

128×128短波/中波双色红外焦平面探测器

首次在国内报道了128×128面阵短波/中波(SW/MW)双色碲镉汞(HgCdTe)红外焦平面探测器(infraredfocal plane arrays,IRFPAs)的研究成果.基于由采用分子束外延(MBE)和原位掺杂技术生长的p-p-P-N型碲镉汞(Hg1-xCdxTe)多层异质结材料,通过B+注入、台面腐蚀、台面侧向钝化和爬坡金属化,以及双色探测芯片与读出电路(Readout Integrated Circuit,ROIC)混成互连等工艺,得到了128×128面阵双色焦平面探测器.通过湿化学腐蚀方法的优化,将光敏元尺寸为(50×50)μm2的双色微台面探测器的占空比提高了一倍.该面阵双色红外焦平面探测器具有较好的均匀性和正常的光电特性.在液氮温度下,二个波段的光电二极管截止波长λc分别为2.7μm和4.9μm,对应的峰值探测率Dλ*p分别为1.42×1011cmHz1/2/W和2.15×1011cmHz1/2/W.     

用于空间和地球科学研究的大规格窄波段、多波段和宽波段长波红外量子阱光电探测器焦平面

本文对一个640×512元的长波长截止窄波段(△λ／λ≈10％)量子阱红外光电探测器焦平面列阵、一个在4μm-16μm谱区有四个波段的量子阱红外光电探测器焦平面列阵和一个截止波长为15．4μm的宽波段(△λ／λ≈42％)量子阱红外光电探测器焦平面列阵进行了论证。     

适合多种应用的先进焦平面列阵（上）

红外成像技术的优势越来越明显．其应用也越来越广泛．因此,人们对红外焦平面列阵提出了新的要求,这些要求同时影响着探测器和集成读出电路的发展．由于各种应用具有不同的要求．而人们又没法制成可满足所有要求的通用焦平面列阵,因此嚣要根据用户的要求来设计焦平面列阵．提得更多的要求是更大的规榕、更高的灵敏度、更小的像元和更多的功能度。此外还必须达到以低成本进行批量生产的目的。本文从焦平面列阵的两个方面,即探测器和读出集成电路,采说明如何满足不断提高的要求．对于探测器,本文同时介绍致冷型和非致冷型探测器,其中分别提到利用分子束外延技术生长的HgCdTe探测器和氧化钒(VOx)微测辐射热计．读出集成电路已发展到具有智能特征以及片上信号处理和片上模／数转换功能的水平．     

10 μm间距红外探测器铟柱制备研究

小间距红外探测器目前已成为红外探测器技术发展的一个重要方向.用于连接探测器芯片与读出电路芯片的铟柱的制备工艺水平成为影响器件性能的一个重要因素.介绍了一种10μm间距红外探测器铟柱的制备工艺.新工艺采用多次铟柱生长结合离子刻蚀的手段,最终剥离和制备出高度为8 μm、非均匀性小于5％的10μm间距红外探测器读出电路铟柱,...     

9μm截止波长128×128 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列

报道了128×128 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列的设计和制作.采用金属有机化学气相淀积外延技术生长外延材料,并在GaAs集成电路工艺线上完成工艺制作.为得到器件参数,设计制作了台面尺寸为300μm×300μm的大面积测试器件;77K下2V偏压时暗电流密度为1.5×10-3A/cm2;80K工作温度下,器件峰值响应波长为8.4μm,截止波长为9μm,黑体探测率DB 为3.95×108(cm·Hz1/2)/W.将128×128元 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列芯片与相关CMOS读出电路芯片倒装焊互连,在80K工作温度下实现了室温环境目标的红外热成像,盲元率小于1%.     

9μm截止波长128×128 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列

报道了128×128 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列的设计和制作.采用金属有机化学气相淀积外延技术生长外延材料,并在GaAs集成电路工艺线上完成工艺制作.为得到器件参数,设计制作了台面尺寸为300μm×300μm的大面积测试器件;77K下2V偏压时暗电流密度为1.5×10-3A/cm2;80K工作温度下,器件峰值响应波长为8.4μm,截止波长为9μm,黑体探测率DB 为3.95×108(cm·Hz1/2)/W.将128×128元 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列芯片与相关CMOS读出电路芯片倒装焊互连,在80K工作温度下实现了室温环境目标的红外热成像,盲元率小于1%.     

光谱成像用红外焦平面读出电路研究

红外焦平面是光谱成像系统的核心器件。讨论了多光谱用红外焦平面读出电路的特点,设计了用于多光谱成像的64×16元红外焦平面读出电路。读出电路采用CTIA输入级,快照式曝光方式,边积分边读出工作。电路芯片与InGaAs光敏芯片阵列通过铟柱倒焊的方法,组成混成互连焦平面器件,像元间距50μm,响应波段0.9～1.7μm,盲元率0.2%,半阱时的响应不均匀性4.7%。     

9μm Cutoff 128×128 AlGaAs/GaAs Quantum Well Infrared Photodetector Focal Plane Arrays

报道了128×128 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列的设计和制作. 采用金属有机化学气相淀积外延技术生长外延材料，并在GaAs集成电路工艺线上完成工艺制作. 为得到器件参数，设计制作了台面尺寸为300μm×300μm的大面积测试器件；77K下2V偏压时暗电流密度为1.5E-3A/cm2; 80K工作温度下，器件峰值响应波长为8.4μm，截止波长为9μm，黑体探测率DB为3.95E8 (cm·Hz1/2) /W. 将128×128元 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列芯片与相关CMOS读出电路芯片倒装焊互连，在80K工作温度下实现了室温环境目标的红外热成像，盲元率小于1%.     

双波段红外焦平面探测器

介绍了3～5μm/8～12μm双波段红外焦平面探测器的研究在结构设计,芯片制备,精密拼接,互连及测试等方面取得的最新进展,报道了2×144元探测器与CCD读出电路的互连结果,组件的性能及特点.     

中/长波切换工作模式的双色量子阱红外焦平面研制

报道了中/长波切换工作模式的双色量子阱红外焦平面研制。通过特殊设计的器件和读出电路结构,获得了可对中波波段和长波波段选择的切换架构。突破了双色量子阱材料、器件以及读出电路等关键技术,研制出384288规模、25 m中心距双色量子阱红外焦平面探测器。在70 K条件下器件性能优良,噪声等效温差为28 mK(中波)和30 mK(长波),响应峰值波长分别为5.1 m(中波)和8.5 m(长波)。室温目标红外成像演示了探测器的双色探测功能。     

一款多色叠层量子阱红外探测器的读出电路设计

一款完整的红外焦平面探测器主要包含探测器件、读出电路、封装结构和制冷组件。目前根据不同应用场景,探测波段范围不断变宽、探测灵敏度需求提高、成像速度要求加快,对探测器设计提出了更严格、更复杂的指标要求。其中,读出电路将探测光信号转换为电信号传输至系统,是探测器组件的关键核心模块。本文设计了一款对应多色叠层量子阱型器件的红外焦平面探测器读出电路,能够实现同时间、同空间对四波段信号进行探测,并且同时读出,四波段信号的探测积分与读出之间没有互相干扰。探测器规格640×512,像元间距50μm(四波段),各波段信号可实现分时积分、分别可调,采用边积分边读出工作模式,读出帧频可达到四波段探测时≥50 Hz,电路噪声≤05mV,动态范围≥70dB,电功耗≤600mW,是一款超大规模低噪声高帧频的高性能读出电路。     

红外焦平面探测器数字读出电路研究

读出电路是红外焦平面探测器组件的重要组成部分,其性能对探测器乃至整个红外成像系统的性能有重大影响.随着硅CMOS工艺的发展,数字化读出电路以及读出电路片上数字信号处理等功能得以实现,能够大幅度提高红外焦平面探测器的性能.以红外焦平面探测器对读出电路的要求入手,分析了读出电路各性能参数对红外焦平面探测器性能的影响,介绍了读出电路的数字化技术及各种实现方式以及数字积分技术.CMOS技术的发展使得数字积分技术在红外焦平面探测器读出电路中得以实现,有效解决了读出电路的电荷存储容量不足的问题,极大地提高了探测器性能.     

短波红外InGaAs焦平面研究进展

围绕新一代遥感探测仪器应用需求,中国科学院上海技术物理研究所在短波红外InGaAs焦平面探测器领域取得了一系列进展.通过低缺陷外延材料、焦平面芯片制备工艺和低噪声读出电路技术研究,研制实现了最大规模达2560×2048元的10μm中心距1～1.7μm InGaAs焦平面探测器,峰值探测率优于1.0×1013 cmHz1...