硅基红外热堆中热电偶尺寸和对数对探测性能的影响

分析了多晶硅-金集成热堆中热电偶的尺寸和对数对热堆性能的影响,对非接触红外测温的实用型热堆提出了设计和改进的思路.随着热电偶对数的增加,时间常数减小,响应率增大,探测率出现最大值.减小热电偶的长度可以减小热堆内阻和时间常数.多晶硅横截面积和金横截面积的比值接近最佳比值时,探测率呈最大值3×10scm@Hz1/2@W-1.     

用于红外地平仪的双列硅集成热堆传感器

本文报道了试用于红外地平仪的新型热堆传感器。由于尺寸小、集成热偶对数高,故设计成双列硅集成结构,集成B-Sb热偶对为112对。采用集成电路工艺和微细加工技术研制,使器件获得较好的稳定性和可靠性。测得器件性能为:电阻10±1kΩ,响应率0.9～1.2V/W,时间常数<100ms.探测率D~*≈1×10~8cmHz~(1/2)/W。     

对NETD表达的红外热像仪探测距离的讨论

红外热像仪对目标的探测距离的计算方法已有多种,本文对基于目标与背景温差△T0和等效噪声温差NETD而推导出的公式进行了分析,对大气透过率τa对△T0的衰减作用提出了不同的看法,并据此对基于△T0和NETD的热像仪探测距离公式进行了修正,对影响NETD参数的诸多因素进行了分析.在此基础上,推导出了热像仪对含有不同温度的多个红外辐射源的同一目标的距离计算公式.     

硅基热电堆真空传感器的制造技术

发展了一种与CMOS工艺完全兼容并可在商业化的1.2μm标准CMOS生产流水线上进行流片的硅基热电堆真空传感器的制造技术与流程.传感器为悬浮的多层复合薄膜结构,其上制作了n型多晶硅加热器和20对由p型多晶硅条和铝条构成的热电堆.利用标准制造工艺中铝层图形的掩蔽作用,使用干法刻蚀工艺一方面去除了传感器表面的SiNx层,使复合介质薄膜减至三层介质,即场氧化层、硼磷硅玻璃和层间介质,从而提高了传感器响应率;另一方面去除了传感器区域内腐蚀孔中的多层介质,将其中的硅衬底裸露,以便完成后续的四甲基氢氧化铵(TMAH)体硅各向异性腐蚀工艺,使传感器成为悬浮绝热结构,这种工艺具备铝保护性能,因此腐蚀中无需任何掩模.最终得到的器件尺寸为124 μm×100 μm,在空气压强为0.1 Pa～105 Pa之间的响应电压为26 mV～50 mV,响应时间为0.9 ms～1.3 ms.这种器件的制造技术具有工艺简单、成品率高、成本低、重复性好等特点.     

太赫兹波探测技术的研究进展

太赫兹波具有优越的特性,使其在物理、化学、生物医学、天文学、材料科学和环境科学等方面有重要的学术和应用价值,以及对国民经济发展、国家安全、反恐和新一代信息科学技术有重大的推动作用,作为太赫兹技术应用的关键器件之一的太赫兹探测器同样到了迅猛的发展。文章介绍了太赫兹探测技术的原理及其应用,并在此基础上分析了太赫兹探测器的最新进展、性能和发展趋势。     

非致冷红外热成象系统的性能理论值

描述了在室温下（非致冷）工作的热成象系统的噪声等效温度差ＮＥＴＤ及其相关的红外探测器的探测率Ｄ的理论值，并给出了它们与探测器温度、背景温度、大气窗口、红外成象光学系统、积分时间等因素的理论关系曲线。     

退火对Mn-Co-Ni-O薄膜器件性能的影响

采用磁控溅射法制备了厚度为6.5μm的Mn_(1.95)Co_(0.77)Ni_(0.28)O_4组分的薄膜材料,把材料分别在400℃,500℃,600℃,700℃,800℃下进行后退火处理.结果表明,室温下的负电阻温度系数α295值随退火温度增加先增大后减小,而电阻率ρ_(295)则是随退火温度增加逐渐减小的;在相同频率下,500℃退火样品的归一化噪声谱密度(S_V·V_R/V~2)最小,700℃退火样品的归一化噪声谱密度最大.退火温度越高会造成越多的晶体缺陷,从而降低有效导热系数、增大时间常数τ和器件噪声.     

基于NPB和Bphen的有机紫外探测器件的性能研究

有机紫外光探测器(Organic Ultraviolet Photodetector,OUV-PD)因质量轻、柔性和成本低等优点已引起广泛关注.以m-MTDATA、NPB和Bphen分别为空穴注入层、给体和受体制备了OUV-PD.器件结构为:ITO/m-MTDATA/NPB/Bphen/LiF/Al,通过优化给受体层的厚度,实现了器件的最优性能.当NPB厚度为60 nm、Bphen厚度为90 nm时器件性能最佳,在光照强度为1.05 mW/cm2、波长为365 nm的紫外光照射下,最大响应度为131 mA/W.同时,结合材料特点和器件结构讨论了工作机理.     

多径对雷达探测性能的影响分析

分析了自由空间和多径2种环境下雷达探测概率与信噪比的关系,雷达探测范围以及不同反射系数和不同载频下的多径传输因子。研究结果表明,反射系数越小,探测概率曲线越接近自由空间下的变化曲线。信噪比较大时,多径衰落造成其检测性能逐渐下降。当性噪比较低时,为得到相同的检测概率,多径所需要的信噪比比自由空间下约小7 dB~8 dB。多径传输因子随着距离起伏较大,反射因子越大,多径传输因子起伏越大,其相应的暴露区裂化程度越严重。     

探测条件对红外热成像系统MRTD影响的研究

在考虑目标的尺寸、探测等级、探测概率及大气环境等因素情况下,研究了热成像系统的最小可分辨温差（MRTD）,建立了一个改进的MRTD模型。由于大气透过率与波长和距离相关,利用光谱等分法计算大气透过率,将探测波长范围等分为一个个窄波段,利用MODTRAN软件计算在一定大气条件和距离下每个窄波段的大气透过率。通过调用对应波长的透过率,计算了探测波长范围内热成像系统的MRTD,提高了MRTD的准确性和适用性。     

甚长波量子阱红外探测器光耦合性能

从实验、测试和计算结果出发,运用有限时域差分法(FDTD)和传统的模式扩展(MEM)理论,研究甚长波量子阱红外探测器(QWIP)几种衍射光耦合的表面近场效应和光耦合效率,重点考察QWIP 45°面边耦合、光栅耦合QWIP结构、光栅尺寸、工艺条件的变化对QWIP相关性能的影响.实验与计算结果证明,合理地设计二维光栅,进行甚长波QWIP光耦合,可以获得有效的光耦合效果.     

甚长波量子阱红外探测器光耦合性能

从实验、测试和计算结果出发,运用有限时域差分法(FDTD)和传统的模式扩展(MEM)理论,研究甚长波量子阱红外探测器(QWIP)几种衍射光耦合的表面近场效应和光耦合效率,重点考察QWIP 45°面边耦合、光栅耦合QWIP结构、光栅尺寸、工艺条件的变化对QWIP相关性能的影响.实验与计算结果证明,合理地设计二维光栅,进行甚长波QWIP光耦合,可以获得有效的光耦合效果.     

中波-长波双色量子阱红外探测器

采用n型掺杂的AlGaAs/GaAs和AlGaAs/InGaA多量子阱材料,基于MOCVD外延生长技术,利用成熟的GaAs集成电路加工工艺,设计并制作了不同结构的中波-长波双色量子阱红外探测器(QWIP)器件,器件采用正面入射二维光栅耦合,光栅周期设计为4μm,宽度2μm;对制作的500μm×500μm大面积双色QWIP单元器件暗电流、响应光谱、探测率进行了测试和分析。在-3V偏压、77K温度和300K背景温度下长波(LWIR)和中波(MWIR)QWIP的暗电流密度分别为0.6、0.02mA/cm2;-3V偏压、80K温度下MWIR和LWIR QWIP的响应光谱峰值波长分别为5.2、7.8μm;在2V偏压、65K温度下,LWIR和MWIR QWIP的峰值探测率分别为1.4×1011、6×1010cm.Hz1/2/W。     

基于光子噪声研究光子探测器的探测性能

根据红外光子探测器的基本工作原理,分析了光电探测器性能的基本物理机理限制,推导了背景辐射的光子噪声限制下的比探测率。对背景限制下的比探测率随探测器截止波长、背景温度的变化进行了理论计算。对计算结果进行了理论分析,并作出了相应总结。最后提出了提高背景限制下比探测率的方法。     

具有绝热结构的高性能锰钴镍氧热敏探测器的制备及特性研究

通过湿法腐蚀工艺成功制备了具有绝热结构的锰钴镍氧(MCNO)热敏电阻探测器.测试表明,绝热结构使得热敏探测器的热导大幅降低,在真空环境下仅为没有绝热结构器件的1/20,典型热导率值为1.37 mW/K.通过V-I测试并结合理论曲线拟合发现,MCNO薄膜材料的热导率随温度增高而减小.绝热结构使得MCNO热敏探测器的响应率大幅提高,在30 Hz调制频率、36V偏置电压下,响应率典型值为50.5 V/W,是没有绝热结构器件的10倍.实验验证了在MCNO薄膜材料上制作绝热结构热敏探测器的可能性,为制作新型室温全波段高性能红外探测器奠定了基础.     

基于 DMD 的红外场景仿真系统光学性能分析

随着红外成像系统在目标探测、夜间导航以及精确制导等领域的广泛应用,利用模拟红外场景对红外成像系统进行成像测试已逐渐成为研究的热点.介绍了数字微镜器件(DMD)的封装结构和工作原理,给出了一种基于 DMD 的红外场景仿真系统设计方案,提出了系统设计过程中需要重点考虑的几个问题.对系统成像过程中芯片反射系数、能量传递效率、输出图像对比度等光学性能等进行了重点分析.在光学器件选定的情况下,根据各部分相对位置,可计算出仿真系统的能量传递效率,最后分析了影响输出图像对比度的主要因素.     

Controlled Vapor–Solid Deposition of Millimeter‐Size Single Crystal 2D Bi2O2Se for High‐Performance Phototransistors

Atomically thin 2D materials have received intense interest both scientifically and technologically. Bismuth oxyselenide (Bi₂O₂Se) is a semiconducting 2D material with high electron mobility and good stability, making it promising for high‐performance electronics and optoelectronics. Here, an ambient‐pressure vapor–solid (VS) deposition approach for the growth of millimeter‐size 2D Bi₂O₂Se single crystal domains with thicknesses down to one monolayer is reported. The VS‐grown 2D Bi₂O₂Se has good crystalline quality, chemical uniformity, and stoichiometry. Field‐effect transistors (FETs) are fabricated using this material and they show a small contact resistivity of 55.2 Ω cm measured by a transfer line method. Upon light irradiation, a phototransistor based on the Bi₂O₂Se FETs exhibits a maximum responsivity of 22 100 AW^?1, which is a record among currently reported 2D semiconductors and approximately two orders of magnitude higher than monolayer MoS₂. The Bi₂O₂Se phototransistor shows a gate tunable photodetectivity up to 3.4 × 10¹⁵ Jones and an on/off ratio up to ≈10⁹, both of which are much higher than phototransistors based on other 2D materials reported so far. The results of this study indicate a method to grow large 2D Bi₂O₂Se single crystals that have great potential for use in optoelectronic applications.     

正面腐蚀方法制作新型微机械红外热堆探测器

阐述了微机械制造工艺制作红外热堆探测器的方法,其采用新的正面湿法腐蚀的方法释放体硅,获得悬梁结构的红外热堆探测器。该探测器用LPCVD（低压化学气相沉积）氮化硅膜,与热氧化得到的氧化硅膜形成三明治结构作为热偶对的支撑结构;热偶材料采用多晶硅与金属。实验结果表明这是一种很有前景的制作方法。     

新型热释电单晶材料与红外探测器的研究

主要阐述了当前热释电红外探测器的发展状况,并重点介绍了我国尤其是我们在新型热释电材料以及红外探测器方面的主要进展和成果。弛豫铁电单晶是一类具有优异压电性能的新型材料,同时我们发现该类晶体还具有优异的热释电性能。我们所生长的PMNT单晶的热释电系数超过15.3×10^-4cm^-2.K^-1,Mn-PMNT的介电损耗降至0.0005,探测优值达到40.2×10^-5Pa^-1/2,高居里温度点单晶PIMNT的居里温度达到180℃以上。与合作单位一起利用该类晶体研制的红外探测器的性能远优于利用传统热释电材料（如LiTaO₃）制作的探测器,其比探测率达到1.07×10⁹ cm·Hz^1/2/·W^-1,说明利用该新型弛豫铁电单晶制作的红外探测器具有广阔的应用前景。