面向高工作温度应用的带间级联红外光电器件

高温工作探测器是第三代红外焦平面发展的重要方向之一。带间级联探测器结合了势垒结构与多级吸收区结构的特点,通过多量子阱弛豫和隧穿实现光生载流子单方向输运,可以有效降低来自PN结耗尽区的产生-复合暗电流;利用多级短吸收区结构,在扩散长度很短的情况下仍然可以有效地收集光生载流子,从而可以提高探测器在高工作温度下的探测性能。本文主要介绍了作者在带间级联红外光电器件方面的研究进展,包括高工作温度带间级联探测器、高带宽带间级联探测器以及带间级联发光器件等。     

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。     

数字化中波红外焦平面探测器组件研究进展

介绍了美国、以色列、法国等西方发达国家在数字化中波红外焦平面探测器方面的研究现状及发展趋势。从数字读出电路（ROIC）角度出发,阐述了上述三个发达国家开发的列级ADC数字化中波红外焦平面探测器的最新研究成果。在SWaP概念牵引下,以色列、法国都推出了小像元（中心距为10 m及以下）、高温工作、数字化输出的百万像素中波红外焦平面探测器组件。最后介绍了昆明物理研究所在数字化红外焦平面探测器组件研究方面取得的最新进展。昆明物理研究所突破列级ADC数字读出电路关键技术后,研制出一系列中心距（15 m、20 m、25 m）的640512列级ADC数字化中波红外焦平面探测器组件,主要技术指标与国外同类数字化中波红外焦平面探测器组件相当。     

InAs基中红外带间级联激光器中的自加热效应

制备并测试了II型中红外带间级联激光器,制备的器件在脉冲和连作模式下最高工作温度分别为275 K和226 K。80 K下器件激射波长为3.8 μm左右,阈值电流密度约17 A/cm²。对器件在连续工作模式下的自加热效应进行了分析,并利用有限元方法模拟了器件连续工作时的温度分布图。分析和模拟结果均表明自加热效应是限制器件连续工作温度的重要因素,进一步提升散热性能将是进一步提升器件工作温度的有效手段。     

可编程高光谱红外焦平面列阵

红外探测器可产生用于温度测量和热探测的热图像。它们可以用于军事、工业和医学等不同领域。从结构上看,红外探测器又可分为单元、小列阵、长线列阵或者二维列阵。 本发明提供的是一种量子阱红外焦平面列阵,它是     

InGaAs可见/短波红外焦平面探测器新进展

In_1-xGa_xAs是一种Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体合金材料,其光谱响应截止波长可随合金组分x值的不同在0.87 μm (GaAs)~3.5 μm (InAs)范围内变化。 InGaAs材料在光通讯领域的广泛应用和可在常温下工作的特点,使其成为焦平面成像领域的研究热点。国际市场已有商业化产品,主要应用于民用、军用、航空、空间遥感等领域。在介绍In_1-xGa_xAs短波红外焦平面探测器的主要特性及研制进展的基础上,重点介绍了国际上在InGaAs光谱响应范围向可见光扩展的研究动向。     

论红外焦平面器件的串音

红外探测系统通常需要将探测器密集排列以增加它们的空间分辨率。在焦平面阵列中,当投射到某一特定探测器光敏面上的红外光子在另一个探测器中产生信号时,这种现象称为串音。串音可能会影响焦平面阵列的分辨率性能。在高性能光伏阵列中,串音的主要成分是光生载流子在焦平面阵列的相邻探测器之间的横向扩散。从基本概念入手,介绍了相关串音研究的发展情况以及对串音问题的理解和体会。     

红外焦平面探测器发展战略研究

本文简述了红外焦平面探测器在红外装备中的重要作用与需求,分析了红外焦平面探测器的主要技术关键,提出了本人对红外焦平面探测器发展的观点和建议。     

红外焦平面探测器暗电流计算

红外焦平面探测器的暗电流一般是在零视场(即盲冷屏)条件下进行测试,但这种测试方法必须改变组件结构,只适用于实验室测试.介绍了一种不需要改变组件结构,仅通过基本的性能测试就可以从理论上分析计算得到红外焦平面器件暗电流的方法.对320×256长波探测器组件的试验结果表明,用该方法得到的暗电流结果与用盲冷屏得到的暗电流结果非常接近,可作为红外焦平面探测器暗电流评估的快捷方法.     

Growth and fabrication of a mid-wavelength infrared focal plane array based on type-II InAs/GaSb superlattices

We present the fabrication of a mid-wavelength infrared focal plane array(FPA)based on type-II InAs/GaSb strain layer superlattices(SLs).The detectors contain a 400-period 8 ML InAs/8 ML GaSb SL active layer,which is grown by solid source molecular beam epitaxy on GaSb(100)N type substrates.Lattice mismatch between the superlattices and GaSb substrate achieves 148.9 ppm.The full width at half maximum of the first order satellite peak from X-ray diffraction was 28 arcsec.Single element detectors and FPA with a 128 128 pixels were fabricated using citric acid based solution wet chemical etching.Chemical and physical passivation effectively reduces the surface leakage and this process was characterized by I–V measurement.The devices showed a 50%cut-off wavelength of 4.73 m at 77 K.The photodiode exhibited an R0A of 103cm2.The FPA was characterized with an integration time of 0.5 ms and F/2.0 optics at 77 K and the average blackbody detectivity of the detectors is 2.01 109cm Hz1=2/W.     

用于天文观测的先进红外焦平面技术

红外谱段的天文观测,对知悉太阳构成、探索隐藏宇宙、获取丰富的谱特征以及追溯宇宙早期生命等天文问题的研究具有非常重要的意义［1］。但对于覆盖1 μm~x mm非常宽泛谱段的探测,需要运用不同类型的红外探测阵列技术。目前,满足1 μm至毫米波段探测要求的多种红外探测阵列的制作技术均已臻于成熟,包括：响应谱段1~5 μm的混合式结构的InSb和HgCdTe光伏阵列;响应谱段为5~28 μm的Si∶As杂质能带电导器件;响应远红外谱段的光导器件;响应亚毫米波及毫米波段的测辐射热计或者超导器件。20世纪80年代,人类第一次将红外焦平面阵列应用于天文探测以来,红外谱段的天文探测能力平均每7个月就增强1倍。本文通过阐述了国际上用于天文观测探测器阵列技术,探讨了其中的基本原则。希望能够提供更多的信息供研究人员参考。     

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.     

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.     

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。