光伏HgCdTe混合焦平面列阵的性能

第二代红外成象系统要求高密度的焦平面列阵便于凝视成象应用。为满足此需要,研制了光电二极管HgCdTe探测器和信号处理Si—CCD器件相组合的焦平面结构。通常用的离子注入混合列阵与CCD多路传输器虽然已成功地实现互连,但是用液相外延(LPE)层制备的混合列阵在性能、信号处理和输出效率方面具有独特的优点。采用富汞LPE技术制备的异质结二极管,其性能优于一般的离子注入器件。这种器件的面电阻高,组分均匀性好。本文就8—12μm和3—5μm波段范围所用器件的制备情况作简要介绍。     

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。     

双波段红外HgCdTe焦平面列阵

本文综述法国原子能委员会LETI红外实验室在双波段红外焦平面列阵方面所做的研究工作.在工艺上,该实验室采用的是通过分子束外延法在晶格匹配的高质量CdZnTe衬底上生长的HgCdTe多层掺杂异质结构.器件的结构是n+ppn,而且在空间上是相干的.长波层是一个平面状的n+/p二极管,它是通过离子注入制成的,而波长较短的p-n二极管则是在分子束外延过程中通过掺铟在原位制成的.最后一个结是通过台面蚀刻而被隔离的,探测器通过铟丘与一个读出效率接近100%的读出电路互连.每个像元有一个或两个铟丘,用来按序或者同时访问两个波长,探测器的间距分别为50μm和60μm.每个波段中的单元探测器所呈现的性能接近用标准工艺制作的单色探测器的性能.为了优化双波段红外焦平面列阵的性能,LETI红外实验室专门为这种列阵设计了一种硅CMOS读出电路.本文介绍了128×128元(间距为50μm)中波红外(2μm～5μm)双色焦平面列阵在77K温度处操作时的光电性能.     

单片集成的双波段红外探测器列阵

量子阱红外光电探测器(QWIP)技术已取得了显著的成就,因为它在宽波段和多波段两方面都实现了大规格的焦平面列阵。这些探测器基于Ⅲ-Ⅴ族半导体材料,其在中波红外和长波红外(3μm-50μm)范围的光谱响应是可以专门确定的。最近,美国喷气推进实验室通过将一个近红外(1μm-1．5μm)p-i-n光电二极管与一个中红外(3μm-5μm)量子阱红外光电探测器集     

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。     

发展中波红外成象系统

3～5μm波段和8～12μm波段的红外成象技术一直是国外红外成象系统发展的重点。本文简要介绍中波段(3～5μm)成象系统国外在观测、侦察、瞄准、监视、告警、跟踪、制导等方面应用,着重比较两个波段红外成象技术在远距离探测中的优缺点,给出了相对性能在各种条件下的比较曲线;大气传输、探测器性能、光学系统,对两个波段的影响;介绍了20多年     

大量生产HgCdTe所遇到的技术问题（下）

4 SOFRADIR公司大量生产的主要 HgCdTe产品4.1 288×4元红外焦平面列阵 法国红外探测器公司的288×4元探测器确实是一种“畅销品”,而且已成为该公司开发第二代探测器市场的先锋。目前在世界范围内研制和生产的大多数第二代前视红外(FLIR)热摄像机都基于这种类型的探测器(见图11)。在这些第二代前视红外系统中,某些热成像器已经     

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.     

采用64元PbS探测器列阵的机载短波红外(SWIR)推扫成象系统

一些可靠的研究结果表明,在短波红外(SWIR)波段获得的数据将大大丰富遥感数据库的信息量。对于农业和地质的多种研究来说,需要的波段为1.55～1.75μm和2.08～2.35μm。可以预料,在未来的Landsat传感器中,将采用推扫线列技术来使系统获得高分辨率,提高系统的灵敏度和增加系统的可靠性。为获得实验室和野外实验的初期数据,我们设计了一个在短波红外波段工作的机载推扫成象系统。这个系统采用了一个64元、分两行交错排列的PbS探测器列阵,其工作温度为195K。该系统设计为装置在飞机上工作,视场角的最大宽度为19°,瞬时视场为5.8mrad,每个通道的光谱带宽为0.05μm,可提供2％数量级的NE△ρ。本文还讨论将用在未来的NASA航天飞行器的遥感仪器中的更先进的探测器列阵应达到的技术要求。     

红外摄像机用透镜

美国专利US7187505 (2007年3月6日授权)用于3μm～5μm和8μm～14μm红外谱区的非致冷焦平面列阵探测器的问世,已使得工作于这些谱区的红外成像仪的成本、重量和复杂程度大为降低。对于这些红外成像系统来说,剩余的高成本及重量问题便在它     

长波Ge_xSi_(1-x)/Si异质结红外探测器和400×400元成象阵列

已制成截止波长16/μm具有接近理想热离子发射的暗电流特性的Ge_xSi_(1-x)/Si异质结內光发射红外探测器。由截止波长9.3μm的Ge_(0.44)、Si_(0.56)/Si探测器和单片CCD读出电路组成的400×400元焦平面阵列,在长波红外波段进行了成象演示,不经均匀性校正取得了高质量图象。     

HgCdTe液相外延(LPE)异质结探测器列阵

用于凝视和扫描上的第二代红外成象系统要求有高密度的焦平面列阵,为了满足这些要求,已经研制了用HgCdTe光电二极管作为探测器和用硅CCD作为信号处理的焦平面结构。虽然常规的离子注入混合列阵己经成功地被用于CCD多路调制器,但在LPE层上制作混合列阵,出现了一些与性能、工艺过程和产量有关的优点。己经测出,用大量富汞熔体进行LPE制备的异质结二极管的性能比常规的离子注入器件要好。这些器件是由p型衬底生长n型LPE层构成的。这些外延层在原生时都是n型,且不需经过退火。由这些外延层制作的器件其R_oA_j乘积大,且组分均匀性好。这里将介绍用于8—121μm和3—5μm的器件数据。     

多色探测器列阵的设计和研制

1引言高性能传感器的应用需要多色红外焦平面.高性能传感器需要的是能在中波红外/长波红外和长波红外/甚长波红外波段中覆盖人们所关心的各种波长的多色焦平面列阵.HgCdTe探测器工艺在这方面已获得了显著的进步.与使用多个单色红外焦平面列阵相比,使用一个双色红外焦平面列阵的成像系统更加简单可靠,其重量更轻,功耗更小,价格也更便宜.     

光伏HgCdTe混合器件的性能

第二代红外成象系统需要供凝视应用的高密度焦平面阵列。为了满足这种要求,已研制采用HgCaTe光电二极管作探测器和Si电荷耦合器件(CCD)作信号处理器的焦平面结构。虽然一般的离子注入混合阵列已成功地与CCD多路传输器互连,但在液相外延层上制备的混合阵列却具有性能、处理能力和成品率方面的一些固有优点。用富Hg-熔体液相外延技术制备的异质结结构二极管得出了较之一般离子注入器件为优越的性能。器件具有高R_0A乘积和良好的组分均匀性。给出了为8～12μm和3～5μm应用所制器件的数据。     

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.     

用于SPITZER空间望远镜的红外列阵摄像机

红外列阵摄像机(IRAC)是Spitzer空间望远镜中的三台焦平面仪器之一。这是一台四通道摄像机,能够同时在3．6μm、4．5μm、5．8μm和8．0μm波长处获取宽带图像。四个通道成对地(3．6μm和5．8μm为一对,另一对为4．5μm和8μm)观测焦平面中两个靠得很近的5．2′×5．2′的视场。摄像机中的四个探测器列阵的尺寸均为256×256元,两个较短波长的通道使用InSb探测器,而两个较长波长的通道则使用Si：As IBC探测器。由于红外列阵摄像机具有高灵敏度、宽视场和四色成像功能,因此是一台得力的观察仪器。本文简单介绍该仪器在飞行中的科学、技术和工作性能．     

第三代成像传感器系统概念

第二代前视红外传感器已开始在战场上使用,这种传感器不是基于采用平行扫描和时间延迟与积分技术的长波红外(8 μm-12μm)HgCdTe探测器,就是基于中等规模(640×480元)的中波红外(3μm-5 μm)InSb凝视探测器.根据目前的研究与发展工作,科技界已把其注意力转向对未来第三代前视红外传感器的定义上.已建模的第三代传感器性能超过第二代传感器,这使得第三代传感器在未来的战场上具有更强的杀伤力和存活力.本文介绍关于第三代传感器的设想以及对第三代焦平面列阵探测器的要求.现已区分出三类传感器.高性能传感器将包含一个兆元数或者更大的列阵,并且至少具有两种颜色.更高的操作温度将也是这里的目标,因此,可以减小系统的功耗和重量.本文还设想了一种高性能的非致冷型传感器,其某些方面的性能介于第一代和第二代致冷型探测器之间,但其成本、重量和功耗却要小得多.最终的第三代传感器是一种成本很低的微型传感器.由于其体积小,重量轻,成本低,这种传感器将开辟一个全新的红外市场.未来无人管理的一次性使用的传感器、微型无人驾驶飞机以及装在头盔上的红外摄像机便属于这类新成果.     

红外成像寻的用双色凝视焦平面探测器设计的基本要求

文中讨论了红外成像寻的器用红外焦平面探测器的工作波段、阵列结构、规模、相对孔径等问题,提出双色凝视红外焦平面探测器设计的基本要求: (1)波长组合以相邻波段为宜;(2)双色FPA以叠层结构的凝视型为宜; ( 3)通过限制红外成像传感器的视场,将双色凝视FPA的规模控制在320 ×256以下为宜; (4)在探测元尺寸50μm ×50μm时,中波/长波双色凝视FPA的F数以1～2. 44为宜。     

光栅耦合量子阱红外探测器一维光栅的光谱响应

通过包括所有可能的高阶衍射波，本文计算了量子阱红外探测器一维光栅的光谱响应，发现一维光栅有很宽的光谱范围，可以同时覆盖3～5μm和8～14μm两个波段，这将有益于红外焦平面列阵和双色探测器的设计．同时，文中就光栅深度和沟道宽度对光栅光谱响应的影响作了研究，发现光栅的深度对其光谱响应和耦合效率有明显的影响，存在一个对应最大耦合效率的光栅深度。     

用于红外焦平面列阵的高性能读出集成电路的设计（上）

1引言 在研制和生产红外焦平面列阵方面,美国的Raytheon优秀红外中心始终处于国际领先的地位.由小规模探测器列阵和分立的放大电路构成的第一代红外传感器目前仍在生产.这些产品系列为建立生产工厂提供了宝贵的经验基础.具有较大列阵规模和更多芯片功能度的第二代焦平面列阵于20世纪70年代末研制成功,并于80年代末投入生产.自那以后,对具有更大列阵尺寸、更快数据速率、更低功耗、更高操作温度、更高性能和更高片上信号处理能力的先进焦平面列阵的需求量迅速上升.为了满足这些要求,探测器的读出集成电路(ROIC)已成为一种不可或缺的的元件.Raytheon优秀红外中心在这一方面投入了大量的人力和物力,设计并演示成功几种高性能的读出集成电路.