9μm截止波长128×128 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列

报道了128×128 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列的设计和制作.采用金属有机化学气相淀积外延技术生长外延材料,并在GaAs集成电路工艺线上完成工艺制作.为得到器件参数,设计制作了台面尺寸为300μm×300μm的大面积测试器件;77K下2V偏压时暗电流密度为1.5×10-3A/cm2;80K工作温度下,器件峰值响应波长为8.4μm,截止波长为9μm,黑体探测率DB 为3.95×108(cm·Hz1/2)/W.将128×128元 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列芯片与相关CMOS读出电路芯片倒装焊互连,在80K工作温度下实现了室温环境目标的红外热成像,盲元率小于1%.     

9μm截止波长128×128 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列

报道了128×128 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列的设计和制作.采用金属有机化学气相淀积外延技术生长外延材料,并在GaAs集成电路工艺线上完成工艺制作.为得到器件参数,设计制作了台面尺寸为300μm×300μm的大面积测试器件;77K下2V偏压时暗电流密度为1.5×10-3A/cm2;80K工作温度下,器件峰值响应波长为8.4μm,截止波长为9μm,黑体探测率DB 为3.95×108(cm·Hz1/2)/W.将128×128元 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列芯片与相关CMOS读出电路芯片倒装焊互连,在80K工作温度下实现了室温环境目标的红外热成像,盲元率小于1%.     

128x128元InAs/GaSb II类超晶格红外焦平面探测器

报道了128×128元InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外焦平面阵列探测器的研究成果.实验采用分子束外延技术在GaSb衬底上生长超晶格材料.红外吸收区结构为13 ML(InAs)/9 ML(GaSb),器件采用PIN结构,焦平面阵列光敏元大小为40μm×40μm.通过台面形成、侧边钝化和金属电极生长,以及与读出电路互连等工艺,得到了128×128面阵长波焦平面探测器.在77 K时测试,器件的100%截止波长为8μm,峰值探测率6.0×109cmHz1/2W-1.经红外焦平面成像测试,探测器可得到较为清晰的成像.     

128×128元InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外焦平面探测器

报道了128×128元InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外焦平面阵列探测器的研究成果.实验采用分子束外延技术在GaSb衬底上生长超晶格材料.红外吸收区结构为13 ML(InAs)/9 ML(GaSb),器件采用PIN结构,焦平面阵列光敏元大小为40 μm×40μm.通过台面形成、侧边钝化和金属电极生长,以及与读出电路互连等工艺,得到了128×128面阵长波焦平面探测器.在77 K时测试,器件的100％截止波长为8μm,峰值探测率6.0×109 cmHz1/2 W-1.经红外焦平面成像测试,探测器可得到较为清晰的成像.     

128×128三电极中/长波双色量子阱红外探测器

量子阱红外探测器(QWIP)阵列具有重要的实用意义。国外的研究已经相当成熟,但是在国内,量子阱红外探测器阵列的研究水平还较低,尤其是对于双色量子阱红外探测器阵列的研究更是刚刚起步。文中使用GaAs/AlGaAs、InGaAs/AlGaAs应变量子阱和三端电极引出的器件结构研制出128×128中/长波双色量子阱红外探测器阵列。该结构实现了同像元同时引出双色信号。器件像元中心距为40μm,像元有效面积为36μm×36μm。探测器芯片与读出电路互连并完成微杜瓦封装。在65 K条件下测试,峰值波长为:中波5.37μm,长波8.63μm,器件的平均峰值探测率为:中波4.75×109cmHz1/2W-1,长波3.27×109cmHz1/2W-1。并进行了双波段的红外演示成像。     

基于MATLAB红外双波段成像探测器性能仿真

红外双波段成像探测器能接收目标和干扰源在两个波段上的辐射能量.从普朗克黑体辐射定律出发,根据MATLAB软件模拟出的目标和干扰源的辐射特性来选择SW/MW两个红外波段.首先利用仿真程序计算InSb面阵探测器对于点黑体和面黑体的响应结果,由计算结果和测试结果较好的一致性,说明设计的MATLAB仿真程序具有实用性.再从实际研制的HgCdTe 128×128叠层式双波段器件结构考虑,通过一定的变换,利用仿真程序对HgCdTe SW/MW双波段成像探测器进行参数性能仿真,达到利用成像及双色比来区分目标和干扰的目的.     

128×128短波/中波双色红外焦平面探测器

首次在国内报道了128×128面阵短波/中波(SW/MW)双色碲镉汞(HgCdTe)红外焦平面探测器(infraredfocal plane arrays,IRFPAs)的研究成果.基于由采用分子束外延(MBE)和原位掺杂技术生长的p-p-P-N型碲镉汞(Hg1-xCdxTe)多层异质结材料,通过B+注入、台面腐蚀、台面侧向钝化和爬坡金属化,以及双色探测芯片与读出电路(Readout Integrated Circuit,ROIC)混成互连等工艺,得到了128×128面阵双色焦平面探测器.通过湿化学腐蚀方法的优化,将光敏元尺寸为(50×50)μm2的双色微台面探测器的占空比提高了一倍.该面阵双色红外焦平面探测器具有较好的均匀性和正常的光电特性.在液氮温度下,二个波段的光电二极管截止波长λc分别为2.7μm和4.9μm,对应的峰值探测率Dλ*p分别为1.42×1011cmHz1/2/W和2.15×1011cmHz1/2/W.     

微桥电阻的辐射特性研究

随着微机械加工技术的发展,电阻阵列成为一种最具发展潜力的动态红外景象产生器。在半实物（HWIL）仿真系统中,它被用来对红外摄像机、导弹寻的器以及各种红外探测系统的实时性能进行测试和评估。电阻阵列采用电阻元作为其微辐射元,当电流流过时。电阻元产生热量进而产生红外辐射。通过控制流过每个电阻元的电流就可以控制电阻的温度,从而达到显示红外图像的目的。介绍了利用表面微机械加工技术研制的电阻阵列基本组成单元——微桥电阻的辐射特性．主要包括：微桥电阻介质膜红外光谱辐射率、等效黑体辐射温度以及温度分辨率等,并通过分析得出该微桥电阻具有低功耗、高等效黑体辐射温度的特点。能够满足中波和长波红外目标模拟的需要。     

9μm Cutoff 128×128 AlGaAs/GaAs Quantum Well Infrared Photodetector Focal Plane Arrays

报道了128×128 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列的设计和制作. 采用金属有机化学气相淀积外延技术生长外延材料，并在GaAs集成电路工艺线上完成工艺制作. 为得到器件参数，设计制作了台面尺寸为300μm×300μm的大面积测试器件；77K下2V偏压时暗电流密度为1.5E-3A/cm2; 80K工作温度下，器件峰值响应波长为8.4μm，截止波长为9μm，黑体探测率DB为3.95E8 (cm·Hz1/2) /W. 将128×128元 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列芯片与相关CMOS读出电路芯片倒装焊互连，在80K工作温度下实现了室温环境目标的红外热成像，盲元率小于1%.     

室温InAsSb长波红外探测器的研制

用熔体外延法(ME)生长出厚度达到100μm的InAsSb外延层,截止波长进入8～12μm波段。测量结果表明,InAsSb材料具有良好的单晶取向和结晶质量,位错密度达到104cm-2量级。室温下,霍尔测量得到的载流子浓度为1～3×1016cm-3,电子迁移率大于5×104cm2/Vs。用此材料制得了2～9μm波段的高灵敏度In-AsSb室温红外探测器。该探测器为浸没型光导元件,安装了镀有SiO或ZnS增透膜的单晶Si光学透镜。在黑体温度为500K、黑体调制频率为800 Hz和外加偏置电流为10 mA的测试条件下,测得293K下该探测器的最高黑体响应度达到168V/W,黑体探测率为2～6×108cm·Hz1/2·W-1,峰值探测率大于1×109cm·Hz1/2·W-1。     

128×1元GaAs/AlGaAs多量子阱扫描型红外焦平面的红外成像

研制成功了128×1元GaAs/AlGaAs多量子阱扫描型红外焦平面(FPAs),器件的响应率达到RP=2.02×106V/W,截止波长为λc=8.6μm.根据常规的黑体探测率定义,得到器件的黑体探测率为Db*=2.37×109cm·Hz1/2/W,并最终获得了清晰的室温物体残留热像图.     

320×256元InAs/GaSb II类超晶格中波红外双色焦平面探测器

报道了320×256元InAs/GaSb II类超晶格红外双色焦平面阵列探测器的初步结果.探测器采用PN-NP叠层双色外延结构,信号提取采用顺序读出方式.运用分子束外延技术在GaSb衬底上生长超晶格材料,双波段红外吸收区的超晶格周期结构分别为7 ML InAs/7 ML GaSb和10 ML InAs/10 ML GaSb.焦平面阵列像元中心距为30μm.在77 K时测试,器件双色波段的50%响应截止波长分别为4.2μm和5.5μm,其中N-on-P器件平均峰值探测率达到6.0×10~(10) cmHz~(1/2)W~(-1),盲元率为8.6%;P-on-N器件平均峰值探测率达到2.3×10~9 cmHz~(1/2)W~(-1),盲元率为9.8%.红外焦平面偏压调节成像测试得到较为清晰的双波段成像.     

长波InAs/GaSb II类超晶格红外探测器

报道了50％截止波长为12.5μm的InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外探测器材料及单元器件.实验采用分子束外延技术在GaSb衬底上生长超晶格材料.吸收区结构为15ML(InAs)/7ML(GaSb),器件采用PBIN的多层异质结构以抑制长波器件暗电流.在77K温度下测试了单元器件的电流-电压(I-v)特性,响应光谱和黑体响应.在该温度下,光敏元大小为100μm×100μm的单元探测器RmaxA为2.5Ωcm2,器件的电流响应率为1.29A/W,黑体响应率为2.1×109cmHz12/W,11μm处量子效率为14.3％.采用四种暗电流机制对器件反向偏压下的暗电流密度曲线进行了拟合分析,结果表明起主导作用的暗电流机制为产生复合电流.     

320×256二类超晶格红外探测器图像采集系统设计

为了验证上海技术物理研究所自发研制的320×256面阵二类超晶格红外焦平面探测器的性能,搭建红外成像系统获取图像,进行图像预处理,为探测器的性能评价以及系统应用打下基础。在满足系统性能指标的条件下,二类超晶格红外探测器将大大降低对系统的制冷要求以及功耗,同时显著提高系统的可靠性。该成像系统由光学镜头、驱动电路、数字信号处理模块以及上位机采集显示程序组成。采用对黑体成像的方式验证系统性能,实验结果表明,当探测器在300.1 K黑体的照射下,积分时间150μs时,整个成像系统的噪声等效温差(NETD)约为30 mK。     

共振吸收在微桥电阻阵列中的应用

红外武器系统的快速发展, 对红外仿真系统提出了更高的要求。微桥电阻阵列作为红外仿真系统的核心器件, 其性能的提高对红外仿真系统的发展至关重要。微桥电阻是利用电阻加热微辐射元来产生红外辐射的, 根据微桥电阻的工作原理可知, 提高微桥电阻阵列单元辐射效率是微桥电阻性能提高的关键技术之一。利用以Al 为反射层电阻、空气为中间介质层和TiNx 为吸收层电阻组成的谐振腔结构可以明显提高所需波段的红外辐射效率, 从而提高微桥电阻的性能。共振吸收结构为微桥电阻阵列的进一步低功耗、大面阵化提供了有效的设计和制作途径。     

共振吸收在微桥电阻阵列中的应用

红外武器系统的快速发展,对红外仿真系统提出了更高的要求。微桥电阻阵列作为红外仿真系统的核心器件,其性能的提高对红外仿真系统的发展至关重要。微桥电阻是利用电阻加热微辐射元来产生红外辐射的,根据微桥电阻的工作原理可知,提高微桥电阻阵列单元辐射效率是微桥电阻性能提高的关键技术之一。利用以Al为反射层电阻、空气为中间介质层和TiNx为吸收层电阻组成的谐振腔结构可以明显提高所需波段的红外辐射效率．从而提高微桥电阻的性能。共振吸收结构为微桥电阻阵列的进一步低功耗、大面阵化提供了有效的设计和制作途径。     

128×128像元MOS电阻阵非均匀性校正算法研究

MOS电阻阵非均匀性校正一直是基于MOS电阻阵的场景产生器研究和发展的关键问题和前沿技术.在对128×128像元MOS电阻阵实验的基础上,分析了其非线性和非均匀性产生的原因,并提出了非均匀性校正算法.首先在MOS电阻阵中覆盖矩阵栅格,建立线性修正表格,然后通过采集校正后数据建立补偿表格,迭代这个修正过程完成校正补偿工作.实验结果表明非均匀性校正算法可行,校正后的红外图像均匀性有较大提高,较好地满足了红外成像制导仿真需求.     

128×160元GaAs/AlGaAs多量子阱长波红外焦平面阵列

研制了128×160元GaAs/AlGaAs多量子阱红外焦平面阵列,它是目前国内报道的最大像元数的量子阱红外焦平面阵列.77K时,器件的平均黑体响应率Rv=2.81×107V/W,平均峰值探测率Dλ*=1.28×1010cm·W-1·Hz1/2,峰值波长λp=8.1μm,器件的盲元率为1.22%.     

128×128短波/中波双色红外焦平面探测器

首次在国内报道了128×128面阵短波/中波（SW/MW）双色碲镉汞（HgCdTe）红外焦平面探测器（infrared focal plane arrays, IRFPAs）的研究成果.基于由采用分子束外延（MBE）和原位掺杂技术生长的ppPN型碲镉汞（Hg1-xCdxTe）多层异质结材料,通过B+注入、台面腐蚀、台面侧向钝化和爬坡金属化,以及双色探测芯片与读出电路（Readout Integrated Circuit,ROIC）混成互连等工艺,得到了128×128面阵双色焦平面探测器.通过湿化学腐蚀方法的优化,将光敏元尺寸为（50×50）μm2的双色微台面探测器的占空比提高了一倍.该面阵双色红外焦平面探测器具有较好的均匀性和正常的光电特性.在液氮温度下,二个波段的光电二极管截止波长λc分别为2.7μm和4.9μm,对应的峰值探测率D*λp分别为1.42×1011cmHz1/2/W和2.15×1011 cmHz1/2/W.     

128×128 PtSi高速逐行扫描CCD器件的研制

采用2 μm的设计规则,在硅工艺线上,成功设计和制作了128×128 PtSi高速逐行扫描CCD器件.介绍了器件的结构、制作工艺和参数测试结果.