双层异质结碲镉汞甚长波红外焦平面探测器研究进展

报道了甚长波碲镉汞红外焦平面探测器的最新研究进展。采用水平液相外延In掺杂和垂直液相外延As掺杂技术生长p-on-n异质结材料,并基于湿法腐蚀、表侧壁钝化、In柱互连工艺,制备了第一支甚长波碲镉汞台面型焦平面器件。在60 K的工作温度下,该器件的截止波长达到14.28 μm,有效像元率为94.5%,平均峰值探测率达到8.98×10¹⁰ cm·Hz^1/2·W^-1。     

甚长波碲镉汞红外探测器的发展

天基红外技术对于远程弹道导弹防御具有重要作用.当飞来的导弹位于地球阴影区域时,作为背阳的结果,空间温度很低,导弹呈现为一个微弱的冷目标,峰值波长在甚长波红外(VLWIR,大于14μm)波段,这时就需要VLWIR探测器.VLWIR对于大面阵碲镉汞焦平面(FPA)器件的设计来说是一种非常具有挑战性的波段.它要求高均匀性、低缺陷率、高量子效率、低暗电流和低噪声.主要通过对近年来刊发的部分有关英语文献资料的归纳分析,介绍了有关VLWIR/MCT技术的发展状况,其中一个发展趋势是从n-on-p空位掺杂器件结构转向非本征掺杂p-on-n器件结构.     

长波红外碲镉汞探测器

1 引言 红外辐射最早是1800年英国的天文学家赫谢耳(W.Herschel)在研究太阳光谱的热效应时,用水银温度计测量各种颜色光的加热效果而发现的。1830年,L.Nobili利用塞贝克发现的温差电效应制成了“温差电型辐射探测器”;     

甚长波碲镉汞探测器的注入区扩散研究

在碲镉汞甚长波320×256探测器上制备了不同注入区光刻尺寸的区域,通过对不同区域的信号及注入光刻尺寸的关系进行分析对比和数据拟合,获得了不同温度下的扩散距离和单位有效光敏面积在单位时间的响应电压,对于碲镉汞甚长波探测器的器件版图设计和性能提升提供了可靠的数据支撑。     

甚长波碲镉汞光伏探测器伏安特性分析

分析了注入同质结N-on-P和液相外延异质结P-on-N碲镉汞甚长波红外探测器在不同工作温度下的I-V特性,并对R-V特性进行了仿真计算,对比了扩散电流、产生-复合电流、表面漏电流、带间隧穿电流和缺陷辅助隧穿电流等暗电流对两种器件R-V特性的不同影响。     

长波光导60元碲镉汞红外探测器通用组件

报道了工程化长波光导６０无碲镉汞红外探测器组件研制的结果，该组件由探测器芯片、杜瓦和制冷器组成。探测器组件的主要指标达到：ＤＢ＝１．７×１Ｏ１０ＣｍＨｚ１／２／ＷＶＢ＝１６×１０４Ｖ／Ｗ。组件的体积小，重量轻，并达到了国军标所规定的红外探测器高、低温实验，温度循环实验，振动实验和冲击等环境实验的要求。     

甚长波碲镉汞红外焦平面探测器

采用砷离子注入p-on-n平面结技术制备了77 K工作温度下截止波长分别为13.23 μm和14.79 μm、像元中心距为25 μm的甚长波640×512探测器,并对其基本性能和暗电流进行了测试和分析。结果表明,对于截止波长为13.23 μm的甚长波640×512（25 μm）,器件量子效率为55%,NETD平均值为21.5 mK,有效像元率为99.81%;对于截止波长为14.79 μm的甚长波640×512（25 μm）,器件量子效率为45%,NETD平均值为34.6 mK,有效像元率为99.28%。这两个甚长波器件在液氮温度下的R₀A分别为19.8 Ω·cm²和1.56 Ω·cm²,达到了“Rule07”经验表达式的预测值,器件噪声主要受散粒噪声限制,显示出了较好的器件性能。     

CdTe/ZnS双层钝化碲镉汞长波探测器制备的研究

开展了CdTe/ZnS双层钝化碲镉汞长波探测器制备的研究。CdTe钝化膜经退火热处理后,可实现CdTe/MCT界面的互扩散,并改善CdTe钝化膜的质量。通过全湿法腐蚀方法完成了金属化开口,制备了长波碲镉汞600×18@15 μm规格线列和640×512@15 μm规格面阵。线列I-V测试表明:CdTe/ZnS双层钝化膜能有效地减少长波碲镉汞器件的表面漏电流,器件的反向结特性良好。面阵在77K测试:NETD 26.7 mK,有效像元率95.4%,并对室温目标进行了凝视成像。测试过程出现了4%左右由噪声引起的零散盲元,是由芯片面阵局部钝化失效引起的,表明钝化膜沉积工艺及芯片加工工艺尚有改进的空间。     

p-on-n长波、甚长波碲镉汞红外焦平面器件技术研究

As注入掺杂的p-on-n结构具有暗电流小、R₀A值高、少子寿命长等优点,是长波、甚长波碲镉汞红外焦平面器件发展的重要趋势。介绍了由昆明物理研究所研究制备的77 K温度下截止波长为9.5 μm、10.1 μm和71 K下14.97 μm 的p-on-n长波、甚长波碲镉汞红外焦平面器件,对器件的响应率、NETD、暗电流及R₀A等性能参数进行测试分析。测试结果表明,器件的有效像元率在99.78%~99.9%之间,器件的NETD均小于21 mK。实现了p-on-n长波、甚长波碲镉汞红外焦平面器件的有效制备。     

短波红外InGaAs焦平面噪声特性

为研究铟镓砷焦平面的噪声特性,设计了两种不同吸收层掺杂浓度的InGaAs外延材料,采用标准工艺制备了平面型160×128元光敏芯片,并与相同结构的读出电路倒焊耦合形成160×128元焦平面,采用改变积分时间和改变器件温度的方法,测试焦平面的信号与噪声.通过研究不同材料参数、器件性能与焦平面噪声的关系,定量分析了短波红外InGaAs焦平面的噪声特性.结果表明,焦平面噪声主要来源于焦平面耦合噪声和探测器噪声,降低InGaAs外延材料吸收层的掺杂浓度,可以有效降低探测器电容,从而降低焦平面的耦合噪声;而探测器噪声由探测器暗电流和工作温度影响,该噪声在长积分时间下决定了焦平面的总噪声水平.实现低暗电流、低电容特性的光敏芯片是降低焦平面噪声的有效途径.     

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...     

不致冷红外焦平面列阵

分析比较了四种红外焦平面列阵（ＩＲＦＰＡ）的特征，阐述了不致冷ＩＲＦＰＡ具有价格低廉和使用方便的明显优势，对三种不致冷ＩＲＦＰＡ作了介绍，特别是辐射热微测量主地ＩＲＦＰＡ是当前研制重点，将给夜视热像系统带来革命性变化，最后列举了红外焦平面列阵在非军事领域的应用。     

双色红外焦平面研究进展

介绍了叠层双色红外焦平面的发展背景和适用的材料体系,及其在国际上的发展现状,重点论述了叠层双色探测器结构类型及其探测特点,最后介绍了国内碲镉汞叠层双色焦平面的研究进展。报道了基于n⁺_-p-P-P-N多层异质结Hg_1-xCd_xTe材料的叠层中波/短波（256×1）×2红外双色焦平面器件研制及性能。在77 K液氮温度下,红外焦平面探测器的两个波段的截止波长λ_c分别为2.8 μm和3.9 μm,中波/短波焦平面的平均单色探测率D*_λp分别为1.8×10¹¹ cmHz^1/2/W和9.6×10¹⁰ cmHz^1/2/W。     

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。     

红外焦平面阵列的非均匀性研究

红外焦平面阵列的非均匀性校正是凝视型红外成像系统中必不可少的一部分。文中从光电成像原理角度出发,深层分析了非均匀性的产生机理;针对传统神经网络校正算法存在的缺陷,从理想期望输出、误差函数和迭代步长三个方面进行了改进;并通过实验仿真对改进算法进行了验证,结果表明改进算法的校正效果较传统算法有明显的提高。     

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。     

InSb红外焦平面列阵探测器局部分层失效机理研究

批量生产中,锑化铟红外焦平面列阵探测器(InSb IRFPAs)局部分层失效现象已成为制约其成品率提升的瓶颈。为探究InSb IRFPAs局部分层诱因,借助内聚力模型,在InSb芯片与底充胶的界面处铺满内聚力单元,优选内聚力模型参数,建立InSb IRFPAs局部失效分析二维模型。模拟结果得到了实测局部分层分布特征的证实,即:(1) 局部分层大多出现在芯片周边区域,涵盖一定宽度;(2) InSb芯片与底充胶之间的界面局部脱开后,逐渐向两侧扩展。为剖析局部分层诱因,系统分析了张开型与滑开型裂纹扩展共同作用下混合模态比取不同值时局部分层分布特征的演化规律,认为当张开型和滑开型裂纹扩展的混合比取4: 6时,模拟结果与实测结果高度吻合。至此笔者认为InSb IRFPAs局部分层源于界面法向应力与面内剪切应力的共同作用,属于典型的混合型局部分层模式,其中滑开型局部分层模式占主导。     

红外焦平面阵列非均匀性校正技术的最新进展

面列阵红外焦平面探测器的非均匀性校正技术是正在探索的一项关键技术。介绍了近期国内外发展的红外焦平面阵列非均匀性校正技术：基于场景的代数算法、基于干扰抵消原理的自适应校正法和基于低次插值的多点校正法。     

红外焦平面阵列非均匀性校正方法的研究

介绍了几种基于定标法和场景法的红外焦平面阵列非均匀性校正方法,重点对神经网络自适应校正方法进行了理论分析、算法改进和数据仿真.