HgCdTe红外焦平面探测器从研发到生产

HgCdTe红外焦平探测器经过多年的研发,已达到批量生产的水平。昆明物理研究所批量生产的第二代红外探测器产品主要是长波288×4和中波320×256两类典型的红外焦平面探测器组件。在2013年这两类组件生产的数量分别可达几百套。介绍了在红外探测器生产中所需解决的关键问题,主要是HgCdTe材料的质量及光伏器件工艺的稳定性,并介绍两类主要生产的探测器组件产品及其性能结果。     

高帧频低噪声红外焦平面信息获取系统

设计了一种针对法国引进制冷型高性能320×256元HgCdTe长波红外焦平面探测器MARS LWK508的信息获取系统。该系统包括红外光学镜头、探测器驱动电路、信号处理电路、数据采集与控制电路、图像传输与处理软件等。经过测试,系统在全帧读出时可实现最高200Hz的帧频,面对300K黑体目标测试得到均值噪声为0.7～0.8mV,综合灵敏度优于0.1 K。系统获取的图像经过校正后质量良好。该系统可用于地表热红外成像光谱探测、高速红外监视成像等高端热红外焦平面应用领域。     

HgCdTe焦平面红外探测器封装中的芯片粘接技术

针对HgCdTe焦平面红外探测器封装的特殊性,提出了芯片粘接胶的选用原则,影响粘接质量的主要因素,以及粘接工艺优化方法。提出了用于封装HgCdTe MW 320×256探测器的低温胶X1,并对该胶做了一系列可靠性实验。实验证明,低温胶X1满足该探测器的封装要求。     

昆明物理所锑化铟红外材料、器件研究进展

简要报道昆明物理研究所锑化铟体晶材料、弹用锑化铟红外探测器组件和320×256锑化铟焦平面器件的最新进展.     

浅谈碲镉汞红外焦平面探测器组件量子效率

从黑体辐射和响应信号的角度,对碲镉汞红外焦平面探测器组件量子效率问题进行了初步研究.通过简化和推广运算,得到中波320×256红外焦平面探测器组件量子效率典型值.结论同样适用于包括长波4×288组件在内的其他焦平面探测器组件.     

大量生产HgCdTe所遇到的技术问题（上）

1引言 第二代红外探测器现已成熟到可生产的水平.这些探测器主要基于HgCdTe技术.在法国红外探测器公司(SOFRADIR),达到大量生产水平的第二代探测器主要是288×4元长波红外探测器和480×6元长波红外探测器,前者主要用于欧洲的前视红外系统,后者则用于美国陆军的标准先进杜瓦装置(SAOA).在今后的几年中,320×256元的HgCdTe凝视列阵将达到大量生产的水平.     

发展国产红外热像仪的挑战与机遇

随着红外探测器技术的发展,采用红外焦平面探测器组件的系统在军事上得到了越来越多的应用,并显示出其在分辨率及作用距离方面的优势.目前使用最多的包括4×288长波线列焦平面探测器和320×256(或388×284)中波凝视焦平面探测器、320×240非制冷凝视焦平面探测器,由此构成的红外系统已经广泛地应用在机载前视红外、机载搜索跟踪、夜视侦察、车载侦察监视、坦克火控与热瞄具、各种红外导引头、预警探测及远程防空系统中. 焦平面红外探测器的使用不仅提高了热成像系统的性能,也使得系统研制难度降低(与光机扫描式系统相比),并具有更好的组件化特点.据不完全统计,目前国内各种红外系统的年装备量已超过千台.其中,非制冷凝视型红外成像系统、长波4×288一维扫描和中波320×256凝视型是最主要的三种装备类型. 应该承认以上研制、生产方式对促进我国热成像技术的快速发展起到了一定的推动作用,它的技术起点低、见效快、得到的效果也较好,但是它也对发展我们自己的全国产热像仪形成了强烈的挑战与冲击.面对这种局面,我们这些从事红外技术的专业研究单位应该清醒地认识挑战的压力,分析技术差距,明确努力方向.同时也应该看到机遇仍然存在,适时地抓住机遇,尽快地提高自有技术水平,才是正确的发展思路.     

混成式热释电非制冷红外焦平面探测器研究

热释电非制冷红外焦平面探测器在军民领域具有广阔的应用前景.为了实现探测器的国内工程化研制,采用混成式技术,成功研制了基于锆钛酸铅(PZT)铁电陶瓷材料,像元尺寸为35 μm×35μm,列阵规模为320×240元的非制冷红外焦平面探测器.通过自主设计,研发的非制冷焦平面测试平台,得到了此器件的基本性能参数平均电压响应率1.1×105V/W,平均探测率5.6×107cm·Hz1/2·W-1,并实现了该探测器热成像.结合实际的研究工作,较为系统地介绍和讨论了热释电非制冷红外焦平面研制过程中各项关键技术.在器件光电响应测试数据分析的基础上,进一步提出下一阶段研究工作的重点和器件性能优化的方向.     

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。0.9~1.7mm近红外In Ga As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 n A/cm~2,室温峰值探测率优于5×10~(12)cm×Hz~(1/2)/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0.5~1.7mm,在0.8mm的量子效率约20%,在1.0mm的量子效率约45%。针对高光谱应用需求,上海技物所开展了1.0~2.5mm短波红外InGaAs探测器研究,暗电流密度小于10 n A/cm~2@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5×10~(11)cm×Hz~(1/2)/W。     

288×4长波红外探测器关键驱动电路的设计

针对制冷型288×4长波焦平面红外探测器组件PLUTON LW K508的特点,设计了一个驱动模块,为探测器组件提供了时序与控制信号、模拟与数字电源、参考电平、制冷模式控制信号等.重点介绍了上电控制电路、GpoL电压产生电路、制冷模式控制电路等关键电路的设计原理与结构.实验结果表明,采集到的红外图像具有噪声低、精度高、稳定性强等特点.当探测器在293 K和353 K之间的黑体照射下,并且积分时间为19μs时,整个红外图像采集系统采集到的图像噪声电压均值保持在0.4 mV以下.     

320×256元InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外焦平面探测器

报道了320×256元In As/Ga SbⅡ类超晶格长波红外焦平面阵列探测器的研制和性能测试.采用分子束外延技术在Ga Sb衬底上生长超晶格材料,器件采用PBIN结构,红外吸收区结构为14 ML(In As)/7 ML(Ga Sb),焦平面阵列光敏元尺寸为27μm×27μm,中心距为30μm,通过刻蚀形成台面、侧边钝化和金属接触电极生长,以及与读出电路互连等工艺,得到了320×256面阵长波焦平面探测器.在77 K温度下测试,焦平面器件的100%截止波长为10.5μm,峰值探测率为8.41×109cm Hz1/2W-1,盲元率为2.6%,不均匀性为6.2%,采用该超晶格焦平面器件得到了较为清晰的演示性室温目标红外热成像.     

同时模式的中波/长波碲镉汞双色红外探测器

采用光刻胶喷涂技术,突破了碲镉汞双色探测器加工的非平面离子注入和金属化开口等工艺.基于分子束外延(MBE)和原位掺杂技术生长的p3-p2-P1型碲镉汞(Hg1-xCdxTe)多层异质结材料,通过MW光电二极管n型注入区的开口刻蚀、非平面的MW/LW同步B+注入、台面侧向钝化和爬坡金属化,得到了同时模式的128×128面阵MW/LW双色探测器.在液氮温度下,MW/LW双色探测器两个波段的光电二极管截止波长λc分别为5.10μm和10.10μm,对应的峰值探测率Dλp*分别为2.02×1011cmHz1/2/W和3.10×1010cmHz1/2/W.通过对同时模式双色探测器材料与芯片结构的优化设计,HgCdTe双色探测器MW向LW、LW向MW的光谱串音分别抑制到了3.8%和4.4%.     

碲镉汞探测器的回顾与展望（特邀）

20世纪50年代末,碲镉汞（HgCdTe）合金半导体材料的发明,奠定了热成像的技术和工程应用基础。1975年,美国提出基于第一代红外探测器的热成像通用组件概念——“模块化通用夜视热瞄镜”（Modular Common Thermal Night Sights, MCTNS）,从此HgCdTe材料和探测器被大规模应用于军事领域。从HgCdTe材料的基本物理性质出发,分析了HgCdTe探测器的优点,认为HgCdTe探测器依然是目前性能最好的红外探测器,且正在向多元化方向发展,包括（但不限于）大面阵、平面结和异质结、双波段、甚长波、150 K级工作温度、雪崩探测器等。随着新结构、新模式、新机理、新方法、新工艺的进步,HgCdTe材料和探测器必将达到一个新高度,仍然是第四代主流的红外焦平面探测器。     

一种大阵列非制冷红外探测器成像系统的设计

介绍了一种640×480大阵列非制冷红外探测器成像方法,基于FPGA实现了非制冷红外焦平面阵列双通道信号输出的采集和数据拼接.由于阵列像元的增加,用于320×240及以下规模阵列的传统内部存储满足不了大数据量的要求,本系统采用两片模数转换芯片处理模拟信号,同时FPGA除提供时序信号外,还利用内部FIFO及SDRAM控制...     

国外量子阱红外焦平面探测器的发展概况

以GaAs／A1GaAs为代表的Ⅲ-Ⅴ量子阱红外焦平面探测器因其成熟的材料生长和器件工艺技术,一直是与传统的HgCdTe红外探测器并驾齐驱的红外探测器。近十年来随着对器件结构、机理及器件工艺的不断改进,大面阵Ⅲ-Ⅴ量子阱红外焦平面器件发展显著。本文介绍了量子阱红外焦平面探测器的优越性及存在的问题,当前欧美国家量子阱红外焦平面探测器的最新研究发展、产品现状及应用前景。     

长波320×240热释电非制冷焦平面探测器

热释电红外焦平面探测器技术正在迅速发展,因其体积小、质量轻、性价比高、可靠性好,适宜量大面广应用的特点而备受青睐,引起世界几个主要发达国家的高度重视.概述了美国、英国热释电焦平面探测器目前的水平,介绍了昆明物理研究所自主研发320×240热释电非制冷焦平面探测器的最新进展.     

一种640×480红外焦平面器件采集电路的设计

提出了640×480非制冷红外探测器UL04171驱动电路和焦平面器件模拟输出信号数字化的设计方法。针对UL04171探测器的工作条件,提出了偏置电压方案及满足该焦平面的双通道输出模拟信号数字化的AD模块设计。     

短波红外摄像机

比利时XenlCs公司推出一种型号为XEVAFPA-2．5-320的短波红外数字式摄像机。该摄像机采用320-256元的四级HgCdTe探测器焦平面列阵,并以热电方式将探测器致冷至200K。摄像机工作于0．85至2．5μm光谱波段,它可由PC计算机驱动,也可作为独立应用的组件从12V5A的蓄电池中获得电源。其输出数据具有14bit的动态范围。     

256×1甚长波量子阱红外焦平面研究

GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器由于其所依据的GaAs基材料较为成熟的材料生长和器件制备工艺,使其特别适合于高均匀性、大面积红外焦平面的应用。报道了甚长波256×1元GaAs/AlGaAs多量子阱红外焦平面器件的研制成果, 探测器的峰值波长为15 μm,响应带宽大于1.5 μm。在40 K工作温度下,器件的平均黑体响应率Rp=3.96×106 V/W, 平均黑体探测率为D*=1.37×109 cm·Hz1/2/W, 不均匀性为11.3%, 并应用研制的器件获得了物体的热像图。     

背减薄工艺对中波320×256碲镉汞红外焦平面探测器组件可靠性的影响

通过对A版（初减薄）和B版（终减薄）中波320×256碲镉汞红外焦平面探测器组件进行可靠性试验,并对其试验后的光电特性进行比较,最终给出B版焦平面探测器组件工作寿命的初步评价。