自支撑P(VDF-TrFE)红外探测器

本文中制备了具有自支撑绝热结构的Al/P(VDF/TrFE)/NiCr红外探测器单元,其中NiCr半透明膜作为探测器的上电极和吸收层。实验结果表明：P(VDF/TrFE)薄膜具有很好的铁电性和热释电性,其铁电剩余极化强度和热释电系数分别为7.1 μC/cm2 和27 μC/m2K;探测器单元在500 K温度下的电压响应率和探测率分别为4436 V/W和3.3×108 cmHz1/2W-1;通过对电压响应率随频率变化的实验数据进行拟合,得到探测器单位面积的热导和吸收率分别为2.6×10-3 W/cm2K 和0.1;利用P(VDF-TrFE)探测器单元可对目标物体实现热成像。     

高量子效率中波InAs/GaSb Ⅱ类超晶格探测器分子束外延生长及特性（英文）

基于分子束外延(MBE)生长技术获得了高量子效率的InAs/GaSb T2SLs中波红外(MWIR)光电探测器结构材料,表现出了层状结构生长的光滑表面和出色的晶体结构均匀性。此超晶格中波红外探测器的50%截止波长约为5.5μm,峰值响应率为2.6 A/W,77 K下量子效率超过了80%,与碲镉汞的量子效率相当。在77K,-50 m V偏压下的暗电流密度为1.8×10~(-6)A/cm~2,最大电阻面积乘积(RA)(-50 m V偏压)为3.8×10~5Ω·cm~2,峰值探测率达到了6.1×10~(12)cm Hz~(1/2)/W。     

InAs/GaSb超晶格/GaSb体材料中短波双色红外探测器

采用GaSb体材料和InAs/GaSb超晶格分别作为短波与中波吸收材料,外延生长制备了NIPPIN型短中双色红外探测器。HRXRD及AFM测试表明,InAs/GaSb超晶格零级峰和GaSb峰半峰宽FWHM分别为17.57 arcsec和19.15 arcsec,10μm×10μm范围表面均方根粗糙度为1.82?。77 K下,SiO_2钝化器件最大阻抗与面积乘积值RA为5.58×10~5Ω?cm~2,暗电流密度为5.27×10~(-7)A?cm~(-2),侧壁电阻率为6.83×10~6Ω?cm。经阳极硫化后,器件最大RA值为1.86×10~6Ω?cm~2,暗电流密度为4.12×10~(-7)A?cm~(-2),侧壁电阻率为4.49×10~7Ω?cm。相同偏压下,硫化工艺使器件暗电流降低1-2个数量级,侧壁电阻率提高了1个数量级。对硫化器件进行了光谱响应测试,器件具有依赖偏压极性的低串扰双色探测性能,其短波通道与中波通道的50%截止波长分别为1.55μm和4.62μm,在1.44μm、2.7μm和4μm处,响应度分别为0.415 A/W、0.435 A/W和0.337 A/W。     

基于有限元法的12μm微测辐射热计单元设计

基于多物理场有限元分析与理论计算相结合的方法,采用Intellisuite软件完成了12μm×12μm微测辐射热计结构的设计与仿真,具体工作包括:单元结构二维版图及工艺流程设计和单元结构三维精确建模,结合实际MEMS结构的材料参数,进行了电学与热电耦合多物理场有限元仿真模拟分析。通过仿真优化获得探测单元的主要热电参数、响应时间和响应率,分别为:热导4.31×10-8 W/K、热容2.69×10-10 J/K、电压响应率(未经后端读出电路放大)7 200V/W、热响应时间6.24ms。采用所提出的微桥设计仿真方法,可显著提高器件设计效率和设计精度,缩短研发周期,可满足超大规模小像元非致冷红外焦平面探测器的设计要求。     

基于CMOS工艺的双层非制冷热敏电阻型红外探测器

采用0.5μm标准CMOS工艺和微机械加工工艺,设计并制作了低成本双层非制冷热敏电阻型红外探测器。探测器采用隐藏桥腿式微桥结构,使用表面牺牲层技术实现,其中包括Al、W和Si3种牺牲层材料。CMOS工艺加工完成后,双层微桥结构的微机械加工过程只需进行湿法腐蚀即可,成本较低。对双层红外探测器的热性能和光电特性进行测试,其热导为1.96×10-5 W/K,热容为2.23×10-8 J/K,热时间常数为1.14ms。当红外辐射调制频率为10Hz时,双层红外探测器的电压响应率为2.54×104 V/W,探测率为1.6×108 cm·Hz1/2/W。     

高质量n-Hg_(0.8)Cd_(0.2)Te外延膜的制备及其在红外探测器(λ=8～14μm)中的应用

在过Hg压下对外延膜退火,然后给退火层扩散铟,可在CdTe衬底上制得高迁移率的n-型Hg_(0.8)Cd_(0.2)Te液相外延膜,其重复性好。在77K时,载流子浓度和霍尔迁移率分别为1.5～2.0×10~(15)cm_(-3)和1.0～1.5×10~5cm~2/V·s。使用这些外延膜之一制作的光导红外探测器的D_μ~*>2×l0~(10)cm·Hz~(1/2)/W(8～14μm),峰值D_(λp)~*3×10~(10)cm·Hz~(1/2)/W(13μm)。     

低损耗LiTaO_3单晶的介电和热释电性能

用Sawyer电滞电桥测得了室温下LiTaO_3单晶的电滞回线,由此算得自发极化强度P_s=50±25μC/cm~2,矫顽场强E_o=1.8×10~4 V/cm。测量了用提拉法生长的LiTaO_3单晶的介电常数、介电损耗和热释电系数。测量结果表明,LiTaO_3单晶的介电损耗tanδ可以低达3×10~(-4),适用于制作热释电红外探测器。极化条件对热释电系数的影响很大,极化良好的晶体在室温下的热释电系数为2.2×10~(-8)C/cm~2·K。     

InAs/GaSb II类超晶格红外探测器光敏元蚀刻表面特性

采用刻蚀技术形成台面结构的红外探测器光敏元,其表面漏电流和器件热稳定性与半导体蚀刻表面的特性密切相关。对制备的InAs/GaSb Ⅱ类超晶格中波红外探测器台面蚀刻区域特性进行了研究报道。通过台面结栅控结构和快速热退火相结合的实验研究,发现热退火处理使得样品在温度80 K,偏置电压-0.05 V下的暗电流密度从2.17×10~(-7)A/cm~2上升至6.96×10~(-5)A/cm~2,并且有无退火样品的暗电流随偏置电压变化表现出明显的不同。退火导致光敏元台面侧壁电荷密度上升2.76×10~(12)cm~(-2),引起了表面漏电流的增加,利用X射线光电子能谱(XPS)发现退火后台面蚀刻区域Sb单质含量增加。     

图形化蓝宝石衬底掺杂渐变GaN肖特基型紫外探测器

在图形化蓝宝石衬底掺杂渐变的氮化镓(GaN)外延片上制备了肖特基型紫外探测器。与传统结构器件相比,该器件表现出显著改善的电学和光学特性:(1)室温下,当偏压为-5V时具有极低的暗电流密度~1.3×10-8 A/cm~2;(2)在零偏压情况下,紫外/可见光抑制比为~4.2×10~3,最高的响应度为~0.147A/W,最大外量子效率为~50.7%,甚至在深紫外波段(250~360nm)平均量子效率也大于40%;(3)平均开启和关闭瞬态响应常数分别为115μs和120μs,基本不随偏压变化,且具有很好的热稳定性;(4)零偏压下热噪声限制的极限探测率为~5.5×10~(13)cm·Hz~(1/2)/W。     

光学浸没型双色HgCdTe光导探测器

本文利用光学浸没原理以及叠层双色探测器工作原理,研制出浸没型3μm～5μm,8μm～12μm双色HgCdTe光导探测器.3μm～5μm探测器峰值探测率可达10~(11)cmHz~(1/2)/W;8μm～14μm探测器峰值探测率达7.0×10~(10)cmHz~(1/2)W.峰值响应率可达10~3V/W.     

具有宽带响应的GaAs／AlGaAs多量子阱红外探测器

报道具有宽带响应的130元线列GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器的研究进展.通过表面光栅耦合,采用垂直入射的工作模式,在T=80K时测得器件探测率的光谱响应曲线的半峰宽为4.3μm.在λ_p=9.5μm时的峰值探测率为4.89×10~9cmHz~(1/2)/W,电压响应率为2.89×10~4V/W.     

偏硼酸钡热电探测器研究

本文首次报导用低温相偏硼酸钡晶体做成热电探测器,并对其性能进行了测试。结果表明:低温相偏硼酸钡热电探测器具有耐高功率辐射性能、中等探测率、宽光谱响应、介电常数小等特点,是一种大功率运用的较理想的热电探测器。器件灵敏面为φ1.5mm时,探测率D~*(500,80.1)=2×10~7cmHz~(1/2)W~(-1)。等效噪声功率NEP(500,80,2.7)=7.1×10~(-9)W。器件灵敏面为φ4及φ2mm时,采用金属衬底,在自然冷却条件下,用CO_2连续激光进行刀口调制后照射器件,器件可耐平均功率密度67W/cm~2、峰值功率密度168W/cm~2。损伤阈值为120W/cm~2(连续CO_2激光照射)。     

高探测率的GaAs/AlGaAs多量子阱长波长红外探测器

探测器采用50周期GaAs/Al_(0.3)Ga_(0.7)As多量子阱结构的分子束外延材料,并制成直径为320μm的台面型式单管.其器件主要性能和指标如下:探测峰值波长为 9.2 μm,工作温度为77 K,峰值电压响应率 R_v= 9.7× 10~5V/W,峰值探测率 D~*= 6.2 × 10~(10)cmHz~(1/2)/W.     

基于金属-半导体-金属结构的Bi2Te3室温高响应率太赫兹探测器

基于二维拓扑绝缘体Bi_2Te_3材料利用微纳工艺制备了金属-拓扑绝缘体-金属(MTM)结构的太赫兹光电探测器.器件在0. 022 THz的响应率可达2×10~3A/W,噪声等效功率(NEP)低于7. 5×10~(-15)W/Hz~(1/2),探测率D~*高于1.62×10~(11)cm·Hz~(1/2)/W;在0. 166 THz的响应率可达281. 6 A/W,NEP低于5. 18×10~(-14)W/Hz~(1/2),D~*高于2. 2×10~(10)cm·Hz~(1/2)/W;在0. 332 THz的响应率可达7. 74 A/W,NEP低于1. 75×10~(-12)W/Hz~(1/2),D~*高于6. 7×10~8cm·Hz~(1/2)/W;同时器件在太赫兹波段具有小的时间常数(7～8μs).该项工作突破了传统光子探测的带间跃迁,实现了可室温工作、高响应率、高速响应以及高灵敏度的太赫兹探测器件.     

p-GaAs同质结太赫兹探测器的优化与性能

从提高p-GaAs同质结太赫兹探测器量子效率出发,在考虑温度和偏压等参数的影响后,优化了谐振腔增强的p-GaAs同质结太赫兹探测器的材料及结构参数,使探测器的量子效率提高到了17%.并计算了探测器的响应率、探测率和偏压、温度、光谱频率的关系,得到了最佳工作偏压(10~40 m V)、最佳工作温度(8 K)和最大探测率(4.1×1010cm Hz1/2/W).而通过施加一对匹配的反射镜来构造谐振腔的设计,所能获得的极限量子效率为26%,极限探测率和响应率分别为5.7×1010cm Hz1/2/W、25.9 A/W.     

带耦合光栅的量子阱红外探测器研制

报导了带二维衍射光栅的 12 8元线列GaAs/AlGaAs多量子阱长波红外焦平面探测器的研究成果。探测器光吸收峰值波长λP=8.9μm ,采用垂直入射光耦合的工作模式 ,在 80K工作温度下其平均黑体电压响应率为 2 .75× 10 4 V/W ,平均黑体探测率为 2 .5 2× 10 9cmHz1/ 2 /W ;电压响应率和探测率的非均匀性分别 5 .2 %和 8.3%。 12 8元线列探测器与 6 4元CMOS读出电路对接后与光学系统、扫描系统、数据采集系统和图像显示系统等组成红外成像演示系统 ,实验室获得了清晰的人体手部热像和余热图像     

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。     

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.     

GaAs/InGaAs量子点探测器件微光读出研究

GaAs/InGaAs量子点光电探测器,在633 nm激光辐射3.5 nW条件下,器件偏压-1.4 V时,测得响应电流8.9×10-9A,电流响应率达到2.54 A/W,量子注入效率超过90%。基于GaAs/InGaAs量子点光电探测器的高量子注入效率、高灵敏度等特点,采用具有稳定的电压偏置,高注入效率和低噪声特点的CTIA(电容互阻跨导放大器)作为列放大器读出结构,输出部分采用相关双采样(CDS)结构去除系统和背景噪声。实验结果表明,在3.5 nW的微光辐射下,器件偏压为-2.5 V时,50μm×50μm像素探测器与读出电路互联后有7.14×107V/W的电压响应率。     

PbTe/PbSnTe异质结红外探测器

本文用液相外延方法制备异质n/p结构n-PbTe/p-PbSnTe/p~ -PbSnTe外延片。衬底为汽相法生长的PbSnTe,晶向为(100),外延生长温度为520°～550℃。在纯净氢气氛下长出平整无沾铅的外延片。用台面二极管工艺制备红外探测器,在77K下,十元线列的平均性能分别为D_(10μm)~*=1.94×10~(10)cmHz~(1/2)W~(-1),R_(bb)~*=1.2×10~3V/W,R_0A=0.25Ωcm~2,λ_0=11.6±0.1μm。小光点试验和电学测量表明:电学和光学串音可忽略不计。单元器件D_λ~*最大达2.91×10~(10)cmHz(1/2)W~(-1),R_0A最大达3.4Ωcm~2。噪声频谱测试表明:1/f拐点处的频率可低达30～40Hz。