红外系统的微型制冷

红外光电探测器及阵列常常需要通过制冷来取得最佳性能。1～3μmPbS 探测器尽管一般在室温下工作,但最佳工作度温通常为195K。一般说来,1～3,3～5和8～14μm波段的本征红外光电探测器,其工作温度在300～60K范围内。非本征光电探测器的工作温度更低,Si(In)、Si(Ga)和 Si(As)的工作温度通常分别为45、25和15K。在热探测器领域,Ge测辐射热计在0.3K下取得了极佳灵敏度;     

2～2,7和3～5μm硅红外探测器的掺杂剂评述

为继续探索将红外探测器和硅信号处理线路放在同一衬底上,实验评述了2～27和3～5μm 红外波段可用的掺杂剂.研究了元素镀(Be),铜(Cu)、锌(Zn)、镍(Ni)、铥(Tu)和镱(Yb)的可用性。给出了光谱响应以及探测度随温度变化的测量曲线,并与理论进行了比较。对照过去研究过的3～5μm 波段 SiS 和 Si:Ti 探测器,对其中某些掺杂剂(Si:Cu,Si:Zn)的各种有用特性(包括更高的工作温度)和所观察到的限制进行了讨论和评论。     

GSMBE生长 1.8- 2.0μm波段In Ga As/ In Ga As P应变量子阱激光器

报道了气态分子束外延 ( GSMBE)生长 1.8— 2 .0μm波段 In Ga As/ In Ga As P应变量子阱激光器的研究结果 .1.8μm波段采用平面电极条形结构 ,已制备成功 10μm和 80μm条宽器件 ,器件腔长 5 0 0μm,室温下光致发光中心波长约为 1.82μm,在 77K温度下以脉冲方式激射 ,阈值电流分别约为 2 5 0 m A和 6 0 0 m A ,中心波长分别在 1.6 9μm和 1.73μm附近 .2 .0μm波段 ,制备成功 8μm宽脊波导结构器件 ,器件腔长 5 0 0μm,室温光致发光中心波长约为1.98μm ,77K温度下以脉冲方式激射 ,阈值电流约为 2 0 m A ,中心波长约为 1.89μm,其电流限制和纵模限制效     

高性能InP/InGaAs宽光谱红外探测器

In P/In0.53Ga0.47As短波红外探测器是一种高性能的近室温工作器件,从200 K到室温下都能获得较好的器件性能,从而大大降低了对制冷的要求。为了充分利用目标在可见光和短波波段的光谱信息,通过特殊的材料结构设计和器件背减工艺,成功实现了320×256In P/In Ga As宽光谱红外探测器,能够同时对可见光和短波红外响应,并从77 K到263 K工作温度下实现了对人脸、计算机及室外2.3 km处的景物成像。测试样管平均峰值探测率为2×1012 cm Hz1/2/W,光谱响应为0.6~1.7μm,光谱响应测试和成像结果同时验证了In P/In Ga As宽光谱探测器对可见光信号的探测。相比标准的In P/In0.53Ga0.47As短波探测器,In P/In Ga As宽光谱探测器显示了可见/短波双波段探测的效果,大大丰富了探测目标的信息量,可显著提升对目标的识别率。     

气态源分子束外延生长扩展波长InGaAs探测器性能分析

从理论与实验两方面对截止波长为1.7μm(x=0.53),1.9μm(x=0.6)和2.2μm(x=0.7)p in InxGa1-xAs探测器性能进行了研究.对探测器暗电流的研究结果表明,扩展波长In0.6Ga0.4As,In0.7Ga0.3As探测器在反向偏置低压区,欧姆电流占据主导地位;在反向偏置高压区,缺陷隧穿电流占主导地位;且扩展波长In0.6Ga0.4As,In0.7Ga0.3As探测器的暗电流比In0.53Ga0.47As探测器增加较大.对探测器R0A随温度及i层载流子浓度变化关系的研究结果表明,在热电制冷温度下探测器性能可得到较大提高,i层的轻掺杂可使探测器的R0A得到改善.     

美国研制出暗噪声较小的电压可调谐超晶格红外探测器

据美国《Laser Focus World》杂志报道,探测波段位于3μm-5μm和8μm-12μm波长区的双色红外光电探测器对于遥测温度是有用的．提供两个探测波段的一种方法是在波段之间进行电压调节,然而,迄今为止,用于这种电压调节的技术都会使器件的暗电流变大,从而导致背景限温度上升．现在,美国普林斯敦大学、美国陆军研究实验室以及美国圣地亚国家实验室的研究人员已经联合研制出了一种背景限温度与单色量子阱红外光电探测器差不多的电压可调谐双色超晶格红外光电探测器。     

SPRITE红外探测器性能的最佳应用

文章介绍了工作波段为8～12.5μm、工作温度为80K,器件尺寸:长度L=700μm、宽度w=62.5μm、厚度d=7μm、读出区面积wl=62.5μm×50μm(名义值)的8条SPRITE红外探测器制造和性能;描述了器件工作电压和探测器性能的关系;讨论了该探测器在热成像系统中最佳使用偏置应为60V/cm,而不是目前的30V/cm;对SPRITE探测器进行了理论分析,指出:在热成像系统中,偏置为60V/cm的SPRITE探测器将获得最佳应用,其性能优于160元背景限线列探测器;还讨论了探测器的热负载和工作电压的关系.     

背照射波长延伸InGaAs面阵焦平面探测器

在MBE外延生长的In0.8Al0.2As/In0.8Ga0.2As材料上,采用台面成型方法制备了背照射32?32元InGaAs探测器,其中心距为30μm,并详细分析了探测器及其焦平面光电性能。结果表明,温度高于220K时吸收层材料热激活能为0.443eV,300K时在所考虑的偏压范围内,暗电流主要由扩散电流、产生复合电流及其欧姆漏电流构成。对组件焦平面特性也进行了研究,并通过读出电路的变积分电容测试结构测试结果提取出积分电容上的寄生电容,在测试温度范围内约为10fF左右。     

NEA GaN基双色集成光电阴极的理论模型与结构优化

本文设计了一种负电子亲和势Ga N基光电阴极量子级联结构的紫外-红外双色集成探测器模型,通过Nextnano与Silvaco TCAD软件研究光电阴极的量子级联层周期数、势阱层厚度、传输层Al组分、光照角度以及光进入阴极方向等。优化后的仿真结果表明：量子级联层10～20周期,p-GaN势阱层厚度为2nm,传输层Al组分为0.4,红外波段光照角度范围为120°～130°时器件探测性能好。紫外波段响应峰值波长300nm,响应度约为52.97mA/w;红外波段响应峰值波长在1.4μm～1.6μm之间,响应度约为3.92～3.96mA/w。同时仿真显示该光电阴极反射式性能优于透射式。     

快速热退火对GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器的修饰

应用快速热退火的方法将 Ga As/Al Ga As多量子阱红外探测器的峰值响应波长从7.7μm移动到 8～ 1 4μm大气窗口内 .通过测量单元器件的光电流谱、响应率和 I- V特性 ,分析了快速热退火对 Ga As/Al Ga As多量子阱红外探测器性能的影响     

可见增强的32×32元平面型InGaAs/InP面阵探测器

为了实现In Ga As探测器响应波段向可见增强,在传统的外延材料中加入一层In Ga As腐蚀阻挡层,制备了32×32元平面型In Ga As面阵探测器,采用机械抛光和化学湿法腐蚀相结合的方法,去除了In P衬底.结果表明,探测器的响应波段为0.5~1.7μm,室温下在波长为500 nm处的量子效率约为16%,850 nm处量子效率约为54%,1 550 nm处量子效率约为91%.暗电流大小与衬底减薄之前基本保持一致.理论分析了材料参数对器件量子效率的影响,为进一步优化可见波段探测器的量子效率提供了依据.     

一种InP/InGaAs PIN光电探测器芯片的设计与制作

In Ga As/In P PIN型光电探测器具有低暗电流、高灵敏度和响应速度快的特性,且能够吸收1-1.7μm红外波段光辐射,因此广泛应用于光纤通信系统。该文设计了一种平面型In Ga As/In P PIN光电探测器芯片,重点介绍了该芯片的外延结构与芯片加工工艺,并对芯片参数进行了测试。     

基于自由曲面的离轴三反光学系统研制

针对宽波段、大视场机载光学系统的设计需求,采用二次成像光路形式和XY多项式自由曲面,研制了一套基于640×512@24μm长波红外制冷型探测器的离轴三反光学系统。相比传统离轴三反光学系统,该系统解决了制冷型探测器冷光阑匹配问题和子午视场较小的设计难点,具有宽波段、大视场、透过率高、体积紧凑、无中心遮拦、无热化等技术优点。光学系统焦距160 mm,工作波段8～12μm,F数2,视场5.5°×4.4°,主镜和次镜均为二次曲面,三镜为XY多项式自由曲面。光学系统波前测试结果表明,系统波像差全视场平均值0.067λ(λ=9.11μm),具有较好的成像质量。     

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.     

InAs/GaSbⅡ类超晶格红外探测器量子效率计算研究

首先分析了量子效率计算的相关理论,然后分析利用红外中波In As/Ga SbⅡ类超晶格材料进行光伏探测器研制,在对器件进行电学性能测试及光谱响应测试基础上,利用理论分析和测试数据计算出研制器件的实际电流响应率,再将实际电流响应率与理论分析的电流响应率相比,同时消除芯片表面Si O2钝化层光学透过率的影响,计算出器件对红外波段2~6μm辐射响应的量子效率最高可达35%,达到了国外同类型器件响应的量子效率指标。本文的研究为评价In As/Ga SbⅡ类超晶格红外探测器的光电转换性能提供了一种有效的方法。     

窄禁带半导体光电二极管的最新进展（上）

当前红外探测器的许多研究工作是致力于改进单元器件和大规模电子扫描列阵器件的性能,致力于获得较高的探测器工作温度。研究工作的另一个重要目标是促使这些红外探测器价格更便宜,使用更方便。本文提出了窄禁带半导体光电二极管性能的调研情况,讨论了各种红外光电二极管技术的最新进展,这些器件是：ＨgCdTe光电二极管、ＩnSb光电二极管、可替代ＨgCdTe的由Ⅲ－Ⅴ族和Ⅱ－Ⅵ族元素组成的三元合金光电二极管,以7及单片硫化铅一类的光电二极管。调查了这些光电二极管的性能,它们的工作波段包括：短波红外（ＳＷＩＲ）：１μm－３μm;长波红外（ＬＷＩＲ）：８μm－１４μm。与其它类型的光子探测器相比,ＨgCdTe探测器的工作温度较高,在中波红外区域,ＨgCdTe探测器使用热电致冷器工作,器件性能可能达到背景限水平,而长波ＨgCdTe红外探测器则需要工作在大约１００Ｋ的温度。与其它探测器比较焉,ＨgCdTe探测器的特点是吸收系数和量子效率较高,而热产生速率则相对较低。     

PbTe高频溅射红外探测器

用高频氧反应溅射PbTe薄膜已制成高质量红外探测器。在90°K的工作温度下,这些器件接近于300°K背景噪声限光导探测性能。在视场为2π球面度时获得的峰值响应率高于10~6伏/瓦,峰值探测度D_λ~*为8.5×10~(10)厘米赫~(1/2)/瓦。     

凝视成像红外全景系统的设计

文章通过对全景系统研究现状以及未来使用要求的分析,给出了全景系统的一种新的设计思想.该系统利用光学方法将四路光合成为一路光,使用一个探测器替代多个探测器,降低了系统的造价,减小了体积.在3μm～4.3μm和4.3μm～5μm两个波段进行了相参设计,使得系统具有优于单色探测系统的探测能力和复杂环境下的目标识别与判别能力,提高了有效侦察率,大大降低了虚警率.系统采用了360°×90°(水平×垂直)视场的45°× 11.25°缩比视场,像质优良.     

Mg在InGaAlP及GaP材料中的掺杂行为

利用 SIMS分析技术 ,研究了在 In Ga Al P和 Ga P材料中 ,MOCVD工艺参数对 Mg的掺杂行为的影响 .实验结果表明 ,在较高温度下 ,Mg在生长表面的再蒸发决定了 Mg的掺杂浓度随衬底温度增加呈指数下降 ;而当载流子浓度饱和时 ,杂质 Mg在材料中的置换填隙机制使得 Mg的激活率随 Cp2 Mg流量的再增加反而下降 .同时通过计算得到 Mg在 In Ga Al P及 Ga P中的再蒸发激活能分别约为 0 .9e V和 1.1e V     

大应变InGaAs/GaAs/AlGaAs微带超晶格中波红外QWIP的MOCVD生长

基于中波红外(峰值响应波长4.5μm)量子阱红外探测器QWIP进行了大应变In0.34Ga0.66As/GaAs/Al0.35Ga0.65As微带超晶格结构的MOCVD外延生长研究。通过对生长温度、生长速率、Ⅴ/Ⅲ比以及界面生长中断时间等生长参数的系统优化,获得了高质量的外延材料。