天文应用红外焦平面读出电路研究

成功设计了一款天文应用的640×512短波红外焦平面读出电路。由于红外天文观测具有极低背景辐射、光子通量低的特点,为了实现探测器的高信噪比,需要降低器件的暗电流和电路噪声。电路采用有效的功耗管理策略,在保证电路正常工作的前提下尽可能地降低电路功耗以减小电路辉光对器件暗电流的影响。同时,研究非破坏性读出的数字功能,实现了超长的积分时间和信号的多帧累积,并作为一种斜坡采样的策略有效地降低读出噪声。短波HgCdTe焦平面的测试结果符合理论设计预期,开启电路非破坏性读出功能,设置6 000 s的积分时间,当电路功耗调低至14.04 mW时暗电流为0.9 e-·pixel^-1·s^-1。读出噪声在两档增益下分别为50 e-(10 fF)和27 e-(5 fF),非线性度低于0.1%。     

天文应用之红外器件性能与测试评估方法分析

简要介绍红外技术在天文观测中的意义、天文观测对红外探测器件以及红外光学系统的独特要求。重点归纳和总结了天文观测中所关注的主要性能指标,并且给出部分指标的测试方法,为红外技术运用于天文观测建立基础。     

日本ASTRO—F红外天文卫星近红外、中红外焦平面列阵的评价

ASTRO-F卫星是日本的第一颗完全用于红外天文学的天文卫星,它将于2004年早些时候发射升空。该卫星上装载的红外摄像机(IRC)将在2μm～26μm波长范围进行成像和光谱观测。该红外摄像机将包括三个通道:近红外通     

红外焦平面列阵

红外焦平面列阵（ＩＲＦＰＡ）是新发展起来的一种红外探测技术。本文对ＩＲＦＰＡ的技术、在世界各国的发展现状以及其面临的困难作了个概略性的介绍。     

红外焦平面器件读出电路技术

本文是一篇关于红外焦平面阵列器件的综述性文章。主要介绍了红外焦平面阵列器件的分类、定义、应用、组成部分、发展趋势,其中重点对红外焦平面器件读出电路技术作了详尽的论述。     

国外红外焦平面相关技术发展

简要介绍了国外红外焦平面相关技术的发展情况。     

红外焦平面器件成像的校正技术

1红外焦平面器件成像 红外探测器的发展,经历了单元探测器,线列探测器等阶段,逐渐过渡到面阵型探测器.     

超流氦制冷系统在空间红外天文观测中的应用

阐述了空间红外天文观测的发展,针对其中较先进的两颗卫星(SIRTF和ASTRO-F),研究了其低温系统的构成,总结出了制冷的工作原理,指出了氦制冷在空间应用所存在的关键技术问题,并对其研究进行了展望。     

红外焦平面技术发展概况

红外焦平面是近期发展较快的一项高技术,具有广泛的应用前景。本文介绍红外焦平面的发展现状和国外各大公司近年来的研究结果;叙述了单片式、混合式、Z 平面焦平面的工作原理,并根据各自的特点指出了可能的应用领域;还介绍了 Z 平面焦平面的近期发展,认为在今后很长时间内,3种焦平面器件将竞相发展,相互间不能取代,在发展单片式、混合式焦平面的同时,应开展 Z 平面技术的研究。     

PbSe光电导焦平面阵列探测器

应用半导体非平衡载流子连续性方程模拟了PbSe光电导红外探测器参数对光电响应的影响,实验研制了小规模像元的x-y寻址型PbSe光电导焦平面阵列（FPA）探测器,像元尺寸为500 μm×500 μm,像元间距为500 μm。实验表征了PbSe FPA探测器像元的光电响应性能,有效像元率达到了100%。500 K温度黑体辐射和3.0V偏压下像元的黑体响应率的范围是70~146 mA/W,平均响应率和平均探测率分别达到了110 mA/W和5.5×10⁹。像元的噪声等效温差（NETD）范围是15~81mK,平均噪声等效温差为32 mK。使用中波红外成像装置,初步演示了PbSe FPA探测器对350~450℃热辐射目标的红外成像。为后续研制高密度像元PbSe FPA探测器奠定了基础。     

热释电非制冷红外焦平面现状及发展趋势

一维和二维阵列的热释电非制冷红外焦平面非常适合应用于热成像.混合式的BST铁电探测器降低了成本,市场潜力巨大.分析了热释电非制冷红外焦平面阵列探测技术的优势,介绍了热释电非制冷红外探测器工作原理及热释电非制冷红外焦平面阵列对探测材料的要求,指出了混合式及单片式热释电非制冷红外焦平面阵列发展趋势.制备高一致性和高性能的大阵列的探测元是发展非制冷红外焦平面的关键,针对我国在热释电非制冷红外焦平面阵列研究方面存在的问题,提出了下一步研究的方向及重点.     

红外焦平面读出电路辐射特性研究

红外焦平面阵列在宇宙空间中使用时,受到各种辐射导致性能退化甚至功能失效。作为红外焦平面阵列的重要组成部分,CMOS读出电路受到各种辐射主要体现为电离辐射效应。通过对红外焦平面CMOS读出电路进行空间模拟辐射实验后,测试读出电路的功能以及性能参数,研究了辐射对读出电路的影响。实验结果为红外焦平面CMOS读出电路的抗辐射设计提供了参考依据。     

SOI二极管型非制冷红外焦平面结构的改进设计

在绝缘衬底上的硅(SOI)制备的二极管型非制冷红外焦平面是利用单晶硅PN结二极管作为温度探测器,比其它类型非制冷红外焦平面具有自己的独特优势.描述了传统型像素的结构与特性,并提出一种改进型结构.在传统的像素结构中,红外吸收结构直接覆盖于二极管表面,其填充系数仅为21%.改进后的结构将红外吸收层悬空并覆盖整个像素表面,使吸收结构能够达到80%,大大提高了器件的吸收率.计算结果也显示改进后的结构在像素尺寸为35μm×35μm时,器件的灵敏度可达到7.75×10~(-3)V/K,等效功率噪声(NETID)可减小至43 mK(F/10.0).同时,ANSYS的仿真结果也表明改进后的结构在吸收率上的提高,证明了此结构的可行性.     

基于高性能DSP的红外焦平面阵列非均匀性实时校正

基于离散小波变换(DWT)理论,提出了一种基于场景的红外焦平面阵列(IRFPA)非均匀性实时校正算法;针对算法所涉及的运算量和数据量庞大的特点,设计了实时非均匀性校正的红外图像处理系统,系统是以高性能DSP(TMS320C6713)为核心器件,采用DSP不同的传输通道并行传输数据,并充分利用DSP硬件的并行性和流水线操作进行非均匀性校正;以真实的红外图像序列为例,进行了非均匀性校正的仿真实验,结果表明,基于高性能DSP的非均匀性实时校正系统完全可以达到实时校正的要求,所用算法对慢变化量具有较好的自适应性。     

InAs/InAsSb超晶格红外中/中波双色焦平面探测器研制

超晶格材料已经成为了第三代红外焦平面探测器的优选材料。双波段红外探测器能够通过对比两个波段内的光谱信息差异,对复杂的背景进行抑制,提高探测效果,在需求中尤为重要。本文开展了InAs/InAsSb超晶格中/中双色焦平面探测器设计及制备技术研究,从器件设计、材料外延、芯片加工等方面展开研究,制备了中心距30 μm的320×256 InAs/InAsSb二类超晶格中/中波双色焦平面探测器。器件短中波峰值探测率达到7.2×10¹¹ cm·Hz^1/2W^-1,中波峰值探测率为6.7×10¹¹ cm·Hz^1/2W^-1,短中波有效像元率为99.51%,中波为99.13%,获得了高质量的成像效果,实现中中双色探测。     

短波红外InGaAs焦平面噪声特性

为研究铟镓砷焦平面的噪声特性,设计了两种不同吸收层掺杂浓度的InGaAs外延材料,采用标准工艺制备了平面型160×128元光敏芯片,并与相同结构的读出电路倒焊耦合形成160×128元焦平面,采用改变积分时间和改变器件温度的方法,测试焦平面的信号与噪声.通过研究不同材料参数、器件性能与焦平面噪声的关系,定量分析了短波红外InGaAs焦平面的噪声特性.结果表明,焦平面噪声主要来源于焦平面耦合噪声和探测器噪声,降低InGaAs外延材料吸收层的掺杂浓度,可以有效降低探测器电容,从而降低焦平面的耦合噪声;而探测器噪声由探测器暗电流和工作温度影响,该噪声在长积分时间下决定了焦平面的总噪声水平.实现低暗电流、低电容特性的光敏芯片是降低焦平面噪声的有效途径.     

InAs/GaAsSb带间级联中波红外焦平面研究

针对高工作温度红外探测器的迫切需求,设计并利用分子束外延技术制备了高晶格质量的2级带间级联中波红外探测材料,带间级联单元器件在最高323 K下可以测试到清晰的响应光谱,140 K下暗电流密度达到4×10~(-5)A/cm~(-2).并在此基础上利用干法刻蚀技术实现了320×256规模的台面型带间级联红外焦平面原型器件.焦平面测试结果表明其在80-120K范围内量子效率达到30%,127 K下噪声等效温差为55.1 mK,盲元率为2.3%.采用该焦平面器件在127 K下获得了较为清晰的演示性室温目标红外热成像.     

Process simulation for HgCdTe infrared focal plane array flexible manufacturing

The strategy and status of a process simulator for the flexible manufacture of HgCdTe infrared focal plane arrays is described. It has capabilities to simulate Hg vacancy and interstitial effects and cation impurity diffusion, for various boundary conditions in one dimension. Numerical complexity of these problems stems from the necessity of solving diffusion equations for each defect that are coupled to each other via nonlinear interaction terms. The simulator has already led to the prediction of heretofore unexplained experimental data. Current extensions of the one-dimensional simulator planned over the next few years include the addition of Te antisites, antisite-Hg vacancy pairs, and In-Hg vacancy pairs, ion implantation, and various energetic processes (such as ion milling). The sequential effect of various processes will be possible with the input to the simulator looking much like a process run sheet.     

Recent developments of high-complexity HgCdTe focal plane arrays at leti infrared laboratory

In this article, we present recent developments of the research in France at LETI infrared laboratory in the field of complex third-generation HgCdTe IRCMOS focal plane arrays (FPAs). We illustrate this with three prototypes of FPAs made at LETI, which have involved some technological improvements from the standard process today in production at Sofradir. We present, using molecular-beam epitaxy (MBE) growth, a 128 × 128 dual-band infrared (photodetector)-complementary metal oxide semiconductor (IRCMOS) with a pitch of 50 μm operating within 2–5 μm. Using the more conventional liquid-phase epitaxy (LPE) growth, we show a new generation of high-performance long linear arrays (1500 × 2; pitch, 30 μm) operating in medium-wavelength infrared (MWIR) or long-wavelength infrared (LWIR) bands based on a modular architecture of butted HgCdTe detection circuit and SiCMOS multiplexers. Finally, we present for the first time a megapixel (1000 × 1000) FPA with a pitch of 15 μm operating in the MWIR band that exhibits a very high performance and pixel operability.