InGaAs焦平面探测器电串音性能的研究

串音与焦平面阵列(FPA)的灵敏度和分辨率密切相关。用模拟的方法定量地计算了In0.53Ga0.47As/InP 探测器焦平面阵列的电串音随光波波长、入射方向和台面的刻蚀深度的变化情况。结果显示：台面结构的器件的串音抑制性能比平面结构的要好;由于材料吸收深度和异质结耗尽层宽度的影响,短波长的光的串音比长波长要小,正照射的串音比背照射要小;另外,当台面的刻蚀深度穿透吸收层厚度时,其电串扰几乎完全被抑制。研究结果提出了相应的InGaAs FPA的低串音设计。     

双色焦平面红外探测器相对光谱串音研究

提出了一种评价双色探测器的相对光谱串音的模型及测试方法。为验证模型及测试方法的可行性,采用分子束外延锗基叠层异质结构碲镉汞薄膜材料,研制了微台面结构短波/中波双色红外焦平面探测器原理器件,进行了相对光谱串音测试,归纳出3种主要的相对光谱串音模式,并结合材料、器件结构和工艺特点,分析了相对光谱串音的成因。     

InGaAs纳米线雪崩焦平面探测器发展研究

基于InGaAs纳米线的光电探测器,由于其优异的性能而受到广泛的关注和研究。综述了InGaAs纳米线光电探测器的探测机理、材料结构、器件性能和当前的研究现状。讨论了InGaAs纳米线雪崩焦平面探测器结构设计、纳米线材料精密生长、纳米线材料的界面与缺陷控制、纳米线雪崩焦平面器件制备工艺等关键技术。对发展高光子探测效率、低噪声、高增益InGaAs纳米线雪崩焦平面探测器的前景进行了展望。     

短波红外InGaAs线性焦平面数字化输出研究（英文）

提出了一种适用于短波红外铟镓砷线性焦平面的数字化输出研究.针对实验室自主研制出的短波红外256×1铟镓砷焦平面,结合SAR ADC的基本原理,以高分辨率、低功耗、小面积为设计原则,设计一款逐次逼近(SAR)模数转换器.ADC采用0.18μm CMOS工艺流片,采用3.3 V电压供电,采样率235 KS/s,功耗460μW,信噪比66.6 dB.将ADC芯片与256×1铟镓砷焦平面在变积分时间条件下进行耦合测试.结果表明ADC芯片可以满足短波红外线列256×1铟镓砷焦平面的应用需求.     

2560×2048元短波红外InGaAs焦平面探测器（特邀）

高性能大规模小像元短波红外InGaAs焦平面探测器是新一代航天遥感仪器向高空间分辨率、高能量分辨率、高时间分辨率发展需要的核心器件。文中报道了高密度InGaAs探测器阵列设计与制备,并与匹配的Si-CMOS读出电路倒焊互连形成焦平面的最新研究进展,重点突破了高密度小像素探测器的暗电流和噪声抑制、百万像素焦平面倒焊互连等关键技术,解决了高平整度芯片面形控制、In柱凸点形貌和高度一致性控制、高密度倒焊偏移控制等倒焊新工艺,研制了像元中心距10 μm的2560×2048元焦平面探测器,其峰值探测率优于1.0×1013 cm·Hz1/2/W,响应不均匀性优于3%,有效像元率优于99.7%,动态范围优于120 dB。采用该焦平面进行了实验室演示成像,图片清晰。     

短波红外InGaAs焦平面探测器研究进展

短波红外InGaAs焦平面探测器具有探测率高、均匀性好等优点,在航天遥感、微光夜视、医疗诊断等领域具有广泛应用。近十年来,中国科学院上海技术物理研究所围绕高灵敏度常规波长（0.9～1.7 μm） InGaAs焦平面、延伸波长（1.0～2.5 μm） InGaAs焦平面以及新型多功能InGaAs探测器取得了良好进展。在常规波长InGaAs焦平面方面,从256×1、512×1元等线列向320×256、640×512、4 000×128、1 280×1 024元等多种规格面阵方面发展,室温暗电流密度优于5 nA/cm2,室温峰值探测率优于5×1012 cm·Hz1/2/W。在延伸波长InGaAs探测器方面,发展了高光谱高帧频1 024×256、1 024×512元焦平面,暗电流密度优于10 nA/cm2和峰值探测率优于5×1011 cm·Hz1/2/W@200 K。在新型多功能InGaAs探测器方面,发展了一种可见近红外响应的InGaAs探测器,通过具有阻挡层结构的新型外延材料和片上集成微纳陷光结构,实现0.4～1.7 μm宽谱段响应,研制的320×256、640×512焦平面组件的量子效率达到40%@0.5 m、80%@0.8 m、90%@1.55 m;发展了片上集成亚波长金属光栅的InGaAs偏振探测器,其在0 °、45 °、90 °、135 °的消光比优于20:1。     

中心距10 μm截止波长2.6 μm的延伸波长InGaAs焦平面探测器（英文）

采用ICP(inductively coupled plasma etching)刻蚀与湿法腐蚀相结合的方式,研制了像元中心距为10μm、截止波长2. 6μm的p-i-n型10×10元延伸波长In Ga As探测器.不同温度下的电流—电压特性研究和激活能分析,显示了器件优异的暗电流特性.在室温下,-10 mV偏压时器件的暗电流和优质因子R0A分别为0. 45 nA和14. 7Ω·cm~2,量子效率可达到63%.为了证实像元中心距减小并未影响器件性能,与同种材料中心距30μm的InGaAs焦平面阵列进行了对比分析.相似的实验结果进一步证明了工艺的可行性,对今后实现高密度、大面阵延伸波长InGaAs探测器具有重要的指导意义.     

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。0.9～1.7?m近红外 InGaAs 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 nA/cm2,室温峰值探测率优于5×1012 cm?Hz1/2/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0.5～1.7?m,在0.8?m 的量子效率约20%,在1.0?m 的量子效率约45%。针对高光谱应用需求,上海技物所开展了1.0～2.5?m 短波红外 InGaAs 探测器研究,暗电流密度小于10 nA/cm2@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5×1011 cm?Hz1/2/W。     

短波红外InGaAs焦平面探测器的技术进展

InGaAs焦平面阵列探测器是短波红外(SWIR)窗口获取目标信息的主流成像器件,具有灵敏度高、可室温工作的典型技术特征,作为一类重要的军民两用技术,在军事装备、安全防范、工业检测和空天遥感等领域需求明确,应用前景广阔.文章简述了短波红外InGaAs焦平面探测器的技术进展与主要应用概况,并对该技术的发展前景进行了展望.     

LBIC技术研究InGaAs线列探测器串音及光敏感区

利用激光诱导电流技术研究了InGaAs台面探测器的相邻探测器间的串音和光敏感区。用分子束外延方法生长掺杂InGaAs的PIN InP/InGaAs/InP 外延材料,制备了256×1正照射台面InGaAs线列探测器。测试结果表明,InGaAs线列探测器相邻探测器间没有串音,虽然台面结构周围吸收层已被腐蚀,但因为少数载流子的侧向收集,扩大了有效光敏感区。     

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。     

用响应和串音识别焦平面探测器相连缺陷元研究

采用高倍光学显微镜和焦平面探测器测试系统对焦平面探测器相连缺陷元进行了测试分析,研究了焦平面探测器相连缺陷元的成因。研究结果表明:借助高倍光学显微镜很难识别相连缺陷元;采用焦平面探测器响应测试系统进行测试时,相连缺陷元的响应电压与正常元基本相同,相连缺陷元无法被识别;采用焦平面探测器串音测试系统进行测试时,相连缺陷元之间串音为100%,明显不同于正常元,此时两元相连缺陷元响应电压是正常元响应电压的二分之一,相连缺陷元可以被有效识别。光刻腐蚀引入的台面或电极相连,以及光刻剥离引入的铟柱相连导致了缺陷元的产生;通过光刻腐蚀、剥离工艺优化,可以有效减少焦平面探测器相连缺陷元。     

数字红外焦平面探测器（特邀）

相比传统的模拟红外焦平面探测器,数字红外焦平面探测器具有很多技术优势,是红外焦平面探测器技术的重要发展方向。首先,介绍了数字红外焦平面探测器国内外的研发现状,从信号处理以及应用的角度分析了模拟红外焦平面探测器与数字红外焦平面探测器的区别与特点;然后,又详细介绍了列级ADC数字读出集成电路以及数字像元读出集成电路的架构及具体电路模块,分析了数字读出集成电路的各模块电路及与性能的关系,并展望了数字读出集成电路的技术发展趋势。随着红外焦平面探测器向大面阵、小像元及高性能发展,对数字读出集成电路也提出更高的技术要求。通过读出集成电路架构以及模块电路的技术提升,列级ADC数字读出集成电路将普遍应用于大面阵、小像元红外焦平面探测器,而数字像元读出集成电路将普遍应用于长波红外焦平面探测器。     

InGaAs单光子雪崩焦平面研究进展（特邀）

雪崩光电二极管（APD）是一种高灵敏度光电器件。按照工作电压的不同可分为线性APD和盖革APD。其中,盖革APD的工作电压高于击穿电压,利用半导体材料内部载流子的高雪崩增益可实现单光子级信号探测,也被称为单光子雪崩光电二极管（SPAD）。InGaAs材料SPAD在0.9~1.7 μm光谱范围内有高量子效率,是1.06、1.55 μm主动激光探测的理想探测器。通过将高效率InGaAs SPAD阵列芯片与CMOS计时/计数读出电路芯片集成封装,制备的雪崩焦平面探测器可对光子信号进行时间量化,在三维激光雷达、远距离激光通信、稀疏光子探测等领域有广泛应用。介绍了InGaAs单光子雪崩焦平面的器件结构及基本原理,在此基础上回顾了国内外雪崩焦平面技术的研究进展,并对未来发展方向进行了展望。     

InGaAs焦平面探测器成像组件的设计与实现

针对InGaAs短波红外成像在军事装备、安全防范和工业检测等领域中的应用,提出了一种基于FPGA技术架构的InGaAs焦平面探测器组件的设计方案.讨论了InGaAs焦平面探测器的时序驱动、TEC温控、非均匀性校正、图像增强和自动曝光等关键技术的实现方法.经试验验证,依据该方案研制出的InGaAs焦平面探测器成像组件灵敏度高、对比度好、透雾效果明显.     

一种可见光波长拓展型InGaAs焦平面探测器

背照结构的InGaAs焦平面器件,受其衬底InP的阻挡,对可见光无响应.针对宽光谱探测的应用需求,研制了 一种像元间距为25 μm、阵列规模为640×512的InGaAs焦平面探测器.通过在倒焊互连工艺后,对器件进行干法、湿法相结合的减薄抛光工艺,所得探测器阵列(PDA)芯片最终保留厚度约5 μm,实现了对400～1 700 nm光谱范围内可见光和短波红外光的同时响应,峰值探测率高于8×1012 cm·Hz1/2·W-1,峰值外量子效率超过85％,响应非均匀性优于6％,器件成像效果良好.     

320 × 256 InGaAs短波红外焦平面阵列探测器

研制了320×256 InGaAs焦平面阵列(FPA)探测器,它由InGaAs光电二极管阵列(PDA)与Si CMOS集成读出电路(ROIC)通过In凸点倒焊技术混合集成。背照射工作方式下其响应光谱范围为0.9~1.7μm。为实现InGaAs PDA与所设计的可调积分电容跨阻抗反馈放大器接口电路良好匹配,分析讨论了InGaAs光电二极管响应度、暗电流、结电容等光电特性对表征InGaAs FPA的主要性能指标的影响,优化了InGaAs光电二极管单元结构设计。采用优化结果研制的320×256 InGaAs FPA,在室温下的峰值探测率达到6×1012cm.Hz1/2.W-1,动态范围达到68 dB。     

SiNx钝化256元InGaAs短波红外焦平面探测器

为了改善器件的响应均匀性,通过优化台面制作与SiNx钝化工艺制备了高均匀性256元线列正照射InGaAs探测器,实现了该探测器与读出电路的互连,测试了器件的I-V特性、光谱响应、信号和噪声,并利用激光感生电流技术研究了探测器的串音和光敏感区的扩大问题.测试结果表明:在-0.5V偏压下,探测器的暗电流典型值约为0.9nA,平均峰值探测率为7.8×1011cm·Hz1/2·W-1,响应的不均匀性为4.8%.LBIC测试结果表明:光敏元区没有扩大,光敏元之间串音较小,并成功实现了室温扫描成像,图像比较清晰.     

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。     

（英）不同扩散掩膜方式对InGaAs平面探测器性能影响研究

测量了不同扩散掩膜生长方式的截止波长为1.70μm的InGaAs平面探测器的电学性能.其中,SiNx薄膜作为扩散掩膜,分别采用等离子体化学气相沉积(PECVD)和低温诱导耦合等离子体化学气相沉积(ICP-CVD)生长.探测器焊接在杜瓦里测量,结果显示采用两种掩膜方式的器件的平均峰值响应率、探测率和量子效率分别为0.73和0.78A/W,6.20E11和6.32E11cmHz1/2W-1,56.0%和62.0%;两种器件的响应波段分别为1.63~1.68μm和1.62~1.69μm;平均暗电流密度分别为312.9nA/cm2和206nA/cm2.通过理论分析两种器件的暗电流成分,结果显示,相对于采用PECVD作为扩散掩膜生长方式而言,采用ICP-CVD作为扩散掩膜生长方式大大降低了器件的欧姆暗电流成分.