关于Ⅱ型超晶格红外探测器列阵的发展

本文报导在Ⅱ型应变层InAs/GaSb超晶格材料上研制长波红外焦平面列阵工作的进展.美国雷神视觉系统公司和喷气推进实验室已研制成功截止波长为10至12μm的此类器件.这种器件的像元是通过湿蚀刻以及用等离子体淀积二氧化硅来进行表面钝化而形成的.列阵则是通过铟柱焊接与硅读出集成电路混成起来的.本文介绍对列阵的测试结果以及对分立二极管进行的电流-电压特性分析.雷神视觉系统公司和喷气推进实验室的研究人员发现,当温度低于70K时,漏泄电流在零偏压下受控于产生-复合效应,而在反向偏压下则受控于陷阱辅助隧穿效应.虽然其他作者已验证了Ⅱ型超晶格器件的短波红外和中波红外成像性能,但在2006年之前,还没有一个人能验证这种器件在长波红外波段内的成像性能.雷神公司和喷气推进实验室利用像元尺寸为30μm的256×256元列阵以78K的操作温度同时获得了静物图像和视频图像,在此温度下,这种列阵具有高操作性和10.5μm的截止波长.     

近红外混合式焦平面阵列

采用CdTe透明衬底上液相外延的Hg_(1-x)Cd_xTe(x=0.446)制成了λ_0=2.5μm的32×32元HgCdTe焦平面阵列,以装备地球资源勘测用的机载成像分光仪。在外延片的一角取很小的面积来制作二极管,凡二极管具有良好光电性能的外延片便可用来制作阵列。光伏探测器阵列采用平面工艺制造,其n_-~+p结通过硼离子注入法形成,并采用了ZnS钝化层。各阵列元上生长了供混合集成用的铟柱。阵列规模为32×32元,阵列元尺寸68μm。     

Hg_(1-x)Cd_xTe双色光电导探测器

Hg_(1-x)Cd_xTe是窄禁带半导体材料,适于制备高质量的本征光电导红外探测器,而且可以通过控制x值,分别制备出响应波段在1～3μm,3～5μm,8～14μm,16～22μm的探测器。Hg_(1-x)Cd_xTe材料的吸收系数一般大于10~3 cm~(-1),要求探测器厚度小于10μm。利用Hg_(1-x)Cd_xTe材料的这些特点,可以制备出叠层多色光电导探测器,上层是响应波长较短的探测器,下层是响应波长较长的探测器,利用短波探测器作为滤光片,滤去短波辐射,让大于     

~(31)P~+注入N-Hg_(1-x)Cd_xTe

离子注入Hg_(1-x)Cd_xTe是制备光伏红外探测器的关键工艺。国外已采用该工艺制备出高性能的HgCdTe多元列阵和焦平面器件。但其掺杂机制及退火机制尚不清楚,一般认为所有的元素离子注入P-HgCdTe均形成辐照损伤导致的N~+电学层,~(31)81P~+注入N-HgCdTe则形成P型层,是掺杂行为。本文着重报道我所近几年来用~(31)P~+注入N-     

红外技术与应用XXXII(SPIE Vol.6206)

第一部分 一、短波红外成像技术 1．从可见光到红外：一种新的探测器方法（P．Chorie等,法国红外公司） 2．用离子注入法制作低暗电流高性能Hg0．57Cd0．43Te红外探测器的进展（R．Olshove等,美国雷神视觉系统公司）     

长波HgCdTe红外焦平面列阵

概述了以 Hg_(1-x)Cd_xTe 体材料和双异质结构外延材料为衬底,采用平面工艺研制成两种不同结构的光伏二极管列阵与用 MOS 工艺制作的信号处理器互联而成的8×8长波红外焦平面列阵。它的响应波长已达到10μm,D~*大于2×10~9cmHz~(1/2)W~(-1),非均匀性小于50%,R_0一般大于200kΩ,个别达到1MΩ以上。     

用分子束外延方法在4″硅衬底上生长HgCdTe并制造高性能大规格中波红外焦平面列阵

美国Raytheon公司已能用分子束外延方法在4"硅晶片上生长HgCdTe中波红外双层异质结(MWIRDLHJ),并能用这些晶片制造高性能器件。测试数据表明,用分子束外延晶片制造的截止波长范围为4μm～7μm的探测器的性能堪与用液相外延方法生长的材料的趋势线性能匹敌。两者的光谱特性相似,但前者的量子效率略低,这归因于所使用的硅衬底。在R_0A参数方面,HgCdTe/Si器件比用液相外延方法生长的探测器更接近理论辐射限。通过一个简单的模型,已知材料中的缺陷密度关系到器件的性能。同液相处延材料相比,分子束外延材料的1/f噪声略有增加,但测得的噪声电平还不足以明显降低焦平面列阵的性能。Raytheon公司除了用分子束外延材料制造分立的探测器之外,还用这种材料制造了两种规格的焦平面列阵。制造出来的128×128元焦平面列阵的中波红外灵敏度与用成熟的InSb工艺制造的焦平面列阵相似,而像元的可操作率已超过99％。用分子束外延材料制造的640×480元焦平面列阵则显示出更高的灵敏度和可操作率。     

碲镉汞液相外延层室温红外透射谱顶上翘

本文首次报道Hg_(1-x)Cd_xTe液相外延生长终止后,由于Hg浅扩散和Cd从表面挥发造成外延层上表Hg含量上升而Cd含量下降,组分分布很不均匀。当这一表层达到一定厚度时将导致室温红外透射谱顶后尾向长波方向上翘。表层组分变异程度及“谱顶上翘”位置、陡缓的决定因素是外延层组分、晶体质量和终止生长后降温过程的条件。具有室温红外透射谱顶上翘的Hg_(1-x)Cd_xTe液相外延层不能用于制作探测器件。     

以兰宝石为衬底的Hg_(1-x)Cd_xTe高优质红外光伏探测器

在过去几年内,外延HgCdTe已成为许多战略和战术成象系统所选用的红外探测器材料。一些作者报导了用以液相外延法制备的Hg_(1-x)Cd_xTe/CdTe异质结探测中红外波长(3～5μm)。成为Hg_(1-x)Cd_xTe外延层以合理成本生产的主要障碍是缺乏大的外延性质衬底。CdTe的金相与Hg_(1-x)Cd_xTe相容,因此,自然会选择它作为衬底材料。然而CdTe由于大单晶不易制取、机械强度低(易碎)和导热性差,它的优点被抵消。而且用当前最有效的布里奇曼法生长的材料,其结晶度和纯变也远不如Si或Ⅲ-Ⅴ     

3通道短波红外光谱可识别列阵探测器的研制

用掩模分离方法或薄膜刻蚀方法制作出多波段微型滤光片列阵，交过类微型焦平面色散元件与列阵探测器结合，构成光谱可识别列阵探测器，报道了3通道短波红外滤光片列阵的设计和制作，以及4元3通道光谱可识别探测器的研制。     

用于空间和地球科学研究的大规格窄波段、多波段和宽波段长波红外量子阱光电探测器焦平面

本文对一个640×512元的长波长截止窄波段(△λ／λ≈10％)量子阱红外光电探测器焦平面列阵、一个在4μm-16μm谱区有四个波段的量子阱红外光电探测器焦平面列阵和一个截止波长为15．4μm的宽波段(△λ／λ≈42％)量子阱红外光电探测器焦平面列阵进行了论证。     

双波段红外HgCdTe焦平面列阵

本文综述法国原子能委员会LETI红外实验室在双波段红外焦平面列阵方面所做的研究工作.在工艺上,该实验室采用的是通过分子束外延法在晶格匹配的高质量CdZnTe衬底上生长的HgCdTe多层掺杂异质结构.器件的结构是n+ppn,而且在空间上是相干的.长波层是一个平面状的n+/p二极管,它是通过离子注入制成的,而波长较短的p-n二极管则是在分子束外延过程中通过掺铟在原位制成的.最后一个结是通过台面蚀刻而被隔离的,探测器通过铟丘与一个读出效率接近100%的读出电路互连.每个像元有一个或两个铟丘,用来按序或者同时访问两个波长,探测器的间距分别为50μm和60μm.每个波段中的单元探测器所呈现的性能接近用标准工艺制作的单色探测器的性能.为了优化双波段红外焦平面列阵的性能,LETI红外实验室专门为这种列阵设计了一种硅CMOS读出电路.本文介绍了128×128元(间距为50μm)中波红外(2μm～5μm)双色焦平面列阵在77K温度处操作时的光电性能.     

非致冷微测辐射热探测器的最新研制状况

为了满足广泛的热成像应用的需要,人们正在研制非致冷型红外焦平面列阵.消防、日常维修、生产过程的控制和温度记录只是热成像技术在工业上的一小部分应用,它们都将得益于非致冷型红外探测器。因此,人们已研究出一种像元间距为35μm的非致冷型红外探测器工艺,利用这种工艺可以生产高性能的160×120元和384×288元列阵,除此之外,为了满足生产流程控制和更为精确的炉温控制等工业应用的要求,一种像元间距为45μm的320×240元非致冷型宽带探测器也已研制成功。法国ULIS公司的非晶硅工艺技术很适合用来大量生产低成本的探测器,本文先简单介绍微测辐射热计工艺技术的背景,然后对像元间距为35μm的探测器以及像元间距为45μm的320×240元宽带红外焦平面列阵进行表征。     

用分子束外延方法在4"硅衬底上生长HgCdTe并制造高性能大规格中波红外焦平面列阵

美国Raytheon公司已能用分子束外延方法在4"硅晶片上生长HgCdTe中波红外双层异质结(MWIRDLHJ),并能用这些晶片制造高性能器件.测试数据表明,用分子束外延晶片制造的截止波长范围为4μm～7μm的探测器的性能堪与用液相外延方法生长的材料的趋势线性能匹敌.两者的光谱特性相似,但前者的量子效率略低,这归因于所使用的硅衬底.在R0A参数方面,HgCdTe/Si器件比用液相外延方法生长的探测器更接近理论辐射限.通过一个简单的模型,已知材料中的缺陷密度关系到器件的性能.同液相处延材料相比,分子束外延材料的1/f噪声略有增加,但测得的噪声电平还不足以明显降低焦平面列阵的性能.Raytheon公司除了用分子束外延材料制造分立的探测器之外,还用这种材料制造了两种规格的焦平面列阵.制造出来的128×128元焦平面列阵的中波红外灵敏度与用成熟的InSb工艺制造的焦平面列阵相似,而像元的可操作率已超过99%.用分子束外延材料制造的640×480元焦平面列阵则显示出更高的灵敏度和可操作率.     

单片集成的双波段红外探测器列阵

量子阱红外光电探测器(QWIP)技术已取得了显著的成就,因为它在宽波段和多波段两方面都实现了大规格的焦平面列阵。这些探测器基于Ⅲ-Ⅴ族半导体材料,其在中波红外和长波红外(3μm-50μm)范围的光谱响应是可以专门确定的。最近,美国喷气推进实验室通过将一个近红外(1μm-1．5μm)p-i-n光电二极管与一个中红外(3μm-5μm)量子阱红外光电探测器集     

短波红外InGaAs焦平面研究进展

围绕新一代遥感探测仪器应用需求,中国科学院上海技术物理研究所在短波红外InGaAs焦平面探测器领域取得了一系列进展.通过低缺陷外延材料、焦平面芯片制备工艺和低噪声读出电路技术研究,研制实现了最大规模达2560×2048元的10μm中心距1～1.7μm InGaAs焦平面探测器,峰值探测率优于1.0×1013 cmHz1...     

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.     

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%.     

能同时探测可见光和红外的新探测器(下)

3.2 碲镉汞探测器在短波红外谱区的性能 适合敏感可见光的短波红外列阵探测器在短波红外谱区的性能也得到了测量.人们特地测量了这种探测器在0.9μm至3μm范围内的光谱响应.