红外探测器阵列和环境温度下工作的光电导探测器

由于过去几年开展了3～5.5微米和8～14微米大气窗红外探测器的研制工作,使液氮到室温的红外探测器性能有了较大的提高,其主要进展如下:(1)于77°K工作的8～14微米碲镉汞(Hg_(1-x)Cd_xTe)探测器达到了背景限制性能;(2)制备了这些探测器的多元阵列;(3)制成了在77°K工作的3～5.5微米的InSb大面积多元阵列;(4)在环境温度和-80℃之间的3～5.5微米窗口Hg_(1-x)Cd_xTe达到了较高的探测度。对温度和空间分辨率有最高要求的情况下,就必须使用液氮温度下工作的InSb和Hg_(1-x)Cd_xTe多元阵列。本文第一部分概述光电导探测元件阵列的工艺过程,介绍它们的封装问题,并提供这些元件阵列目前可达到的性能水平。     

碲镉汞光导探测器与材料性能关系探讨

本文有针对性地考察了碲镉汞3～5μm12元光导探测器平均电阻R与材料电阻率ρ的关系。碲镉汞材料主要用快速淬火固态再结晶法生长,为与其比较,也少量使用了T_e熔剂和布里奇曼法料。退火的晶片厚度约1mm,77K霍尔数据表明,N型材料占被统计数(122片)的88%,材料参数多数为n=8×10~(14)～8×10~(15)cm~(-3)、μ=1×10~3～5×10~4cm~2/     

用于红外辐射的Cd_xHg_(1-x) Te光伏探测器的一些性质

已经制备了使用Cd_XHg_(1-X)Te 晶体工作在77—300°K 温度范围的p-n 结光伏探测器,结是由真空中或汞气氛中热处理p 型样品而制得。本程序使在p 型基底上产生一厚度为几十微米的n 型表面层。在遍及77—350°K 温度范围测定了伏安特性和结电容。回时,对于波长1—15微米在77°K 和300°K 测定了光电压,从已进行的测量发现,对于所研究的探测器,77°K 时最大光电灵敏度和探测率分别为1000伏/瓦和10~9—10~(10)厘米·赫~(1/2)·瓦~(-1)量级。发现光灵敏度极值在1—9微米波长范围内随着结区组分偏离的改变而漂移。     

高温焦平面用光伏Hg_(1-x)Cd_xTe技术

Hg_(1-xCdxTe)光电二极管技术的最近进展是提高了整个1～20微米光谱段高温的探测器灵敏度。对1～3微米辐射灵敏的短波长光电二极管,室温蜂值探测率是在4×10~(11)和8 × 10~8厘米赫1/2/瓦之间,视峰值波长而定。对3～5微米辐射灵敏的中等波长光电二极管,在193K和130K温度下的峰值探测率分别为1×10~(11)和1 ×10~(12)厘米赫1/2/瓦。对12微米辐射灵敏的长波长光电二极管,其峰值探测率在65K时为5×10~(10)厘米赫1/2/瓦,在10K时为5×10(11) 厘米赫1/2/瓦。     

碲镉汞光电导探测器的探测度与其厚度的关系

本文主要叙述利用碲溶剂法生长的Hg_(0.805)Cd_(0.195)Te晶体材料制备成8～14微米的光电导探测器样品。通过适当的表面处理并逐渐减薄厚度,得到探测器的探测度D_λ~＊和器件厚度d的依赖关系。其实验结果与理论计算是比较吻合的。在我们的实验里,探测器的探测度对应的最佳厚度在15微米至24微米之间,不同样品的最佳厚度所对应的探测度是不一样的。通过这一试验,我们获得了高性能的光电导探测器样品,D_λ~＊=3～5×10~(10)厘米·赫~(1/2)瓦~(-1),响应率(?)_ λ>10~3伏·瓦~(-1)。     

GaAs快速退火:激活率的均匀性及其与温度的关系

在2in和3in的SI-GaAs衬底上进行Si、Be、Mg等离子注入,用商用炉进行快速热退火,并用扫描微波光电导、C-V曲线及Hall测试等方法研究了注入层激活率的均匀性。结果表明:快速退火的衬底,其低剂量(3～4×10~(12)cm~(-2))的载流子寿命和迁移率以及高剂量(1×10~(-5)cm~(-2))的载流子浓度可以与热退火的相比或优于热退火的结果。用两种退火方法所得到的这些参数的均匀性没有明显的差别。还研究了两种退火方式对注入层中的损伤消除及载流子激活与温度的关系。对于施主注入,微波光电导技术给出的结果分别与背散射和电学测试所得的结果密切相关。     

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.     

高性能宽频带碲镉汞探测器

本文研究77°K工作的8～14微米碲镉汞探测器的响应率与探测器噪声的频率关系。结果表明,这些参数具有同样的频率关系与拐角频率。对D_λ~*～5×10~(10)厘米~(1/2)瓦~(-1)的探测器,实验得出f~*值≥10兆赫。同时看出,结果与假定空穴和电子寿命相等的简单光电导理论一致。     

1～3微米光谱区用(Hg,Cd)Te光电二极管激光接收器

各种组分的(Hg,Cd)Te灵敏高速光电二极管探测器已制成,用于1～3微米的光谱区。这些探测器工作于室温,量子效率为40～70％,比探测度由1.3微米波长的3×10~(11)厘米·赫~(1/2)/瓦到3微米波长的5×10~9厘米·赫~(1/2)/瓦。冷却光电二极管探测器可改进性能。在77°K下2.2微米波长的比探测度测得为2×10~(12)厘米·赫~(1/2)/瓦,接近背景限。对探测器-前置放大器组件进行了响应时间测量,用的是0.9、1.06及1.54微米的脉冲辐射。响应时间约为10毫微秒,似乎与波长无关,但受RC乘积和放大器频带宽的限制。若光电二极管接一频带很宽的放大器,脉冲响应就被RC之积限制到0.5毫微秒,并测得另一时间常数(约为5毫微秒),据说它是由储存的载流子的渡越时间决定的。     

室温锑化铟光导型红外探测器

锑化铟(In Sb)是Ⅲ—V族金属间化合物半导体,它具有窄禁带宽度和高迁移率。在300°K时,禁带宽度为0.17eV(长波限约7 μm),电子迁移年约为7 × 10~4cmm~2/V·s;在77°K时,禁带度度为0.23ev(长波限为5.5μm),电子迁移率的6 × 10~5cm~2/V.s。所以在红外波段有较高的灵敏度,是一种适宜制作快速中远红外光电探测器、霍尔器件和磁阻元件的好材料。近年来用这种材料制备的红外光电探测器已在红外跟踪系统、红外照相机、红外热像仪、自动控制器、气体分析仪和红外测温仪等方面广泛应用。本文报道的是在室温下工作于2～7μm的InSb光导型红外探测器的制各、性能和用途,并给出了浸没型探测器的性能指标。     

真空退火温度对GZO/Ag/GZO三层膜性能的影响

室温下在玻璃衬底上,采用射频磁控溅射GZO(Ga掺杂ZnO)膜和离子束溅射Ag膜的方法,制备了GZO/Ag/GZO三层膜,分析了真空退火温度对样品结构、光学、电学性能的影响。结果显示:随着退火温度的升高,Ag层的结构得到明显改善,但GZO层结晶度受到了Ag扩散的影响。经过350℃退火后,样品在可见光区平均透射率达92.63%,电阻率由8.0×10–5Ω·cm降至4.0×10–5Ω·cm。     

InSb焦平面探测器高低温循环特性研究

制冷型InSb红外焦平面探测器工作时需降温至低温(80 K),器件在整个生命周期会经受从常温(300 K)到低温(80 K)的上千次高低温循环。针对该型探测器开展了高低温循环特性试验,测试和分析了上千次高低温循环过程中器件光电性能、杜瓦热负载和J-T制冷器特性的变化。试验结果表明,探测器可以经受至少2 000次高低温循环,并且探测率变化的幅度5.5%、响应率变化的幅度4.8%、盲元数未发生增加。研究结果为器件的工艺研发和改进提供了参考。     

本征光导红外探测器中的接触效应和体效应

本文分析了内电场对本征半导体量子光子探测器性能的影响,着重研究在77K温度下工作、组分值x=0.215的窄禁带Hg_(1-x)Cd_xTe器件。按照提出的一维模型,在n型光电导的阴极端可能出现对过剩少数载流子的局部阻档现象,从而导致电流响应率R_i的增大并使时间响应特性变差。此外,还讨论了探测器的电压响应率R_v与外加电场E的关系。实验表明:R_v/R_i之值与测得的探测器微分电阻值r_d是一致的。r_d与E的依赖关系是在高电场下电子的附加散射(HgCdTe中高迁移率的多数载流子)造成的。本文还介绍了对小面积的HgCdTe光导探测器进行测量的结果。在温度77K和波长10微米时,测出的电流响应率R_i超过3900安·瓦~(-1),电压响应率R_v大约为5×10~5伏·瓦~(-1)。     

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。     

Ar~+轰击SrTiO_3表面的持续光电导现象

持续光电导现象在光电器件中有着潜在的应用。采用亚禁带光激发手段研究了SrTiO_3表面的持续光电导效应。Ar+轰击后的SrTiO_3单晶可以形成具有光电效应的表面导电层。在温度80 K至300 K范围内,饱和光电导与激光功率强度之间呈现幂律规律,表现出带间陷阱复合的特征。激光辐照中止后,持续光电导的衰减时间达到1000 s以上。光电流的衰减符合扩展指数律,弥散参数β维持在0.2左右,基本不随温度改变,而特征时间τ随温度升高从49.6 s增加到2706 s;在低温区(80~150 K)的载流子复合势垒是7.1 meV,而在室温附近(150~300K)的载流子复合势垒增加到95 meV。这些特征表明Ar~+轰击SrTiO_3表面的光电导在衰减过程符合随机局部势能涨落模型,在低温时由浅能级陷阱的复合占主导,而在室温时则由深能级陷阱的复合占主导。     

外延碲镉汞红外光伏探测器

用碲镉汞外延层制备了在77～130°K温度范围内工作的快速灵敏光伏探测器。采用结区形成技术就要牵涉到材料化学计量上的偏差。在77°K时,每个量子的光谱响应在很宽的波长范围内(3～14微米)都是平的,此时所测得的探测度值是3×10~9～3×10~(10)厘米赫~(1/2)瓦~(-1)。外部量子效率是13％左右。时间常数不到1毫微秒。     

长波大面积HgCdTe光导红外探测器的研究

研制的长波大面积HgCdTe光导红外探测器的面积为2.1×2.1mm~2,在80K时探测率D_p~*=1.86×10~(10)cmHz~(1/2)W~(-1),响应率R_p=386VW~(-1),长波限λ_(co)(50%)>18μm.还研制了带有低温聚光器组合件结构的新型探测器,D_p~*=7.3×10~(10)cmHz~(1/2)W~(-1),λ_(co)(50%)>16μm.     

PbS红外探测器的光电特性

PbS光电探测器响应率高,制作工艺相对简单,能在室温工作,直到现在还一直被广泛使用着。PbS的光电特性在相当程度上决定了探测器的最终性能,因此研究它的光电特性是必要的。本文简单叙述我们对PbS探测器所做的实验测量及结果。电导与温度关系。对1~#～8~#共8个样品测量了暗电导-温度关系以及在300K背景辐     

7μmGaAs／AlGaAs多量子阱红外探测器

利用GaAs(51(?))/Al_(0.36)Ga_(0.64)As(200(?))多量子阱结构实现了黑体辐射的探测,探测器的峰值波长为7μm,77K温度下D~*达到1.09×10~9cm·Hz~(1/2)·W~(-1),电压响应率为2.5×10~4V·W~(-1).     

低温生长砷化镓光电导天线产生太赫兹波

宽频太赫兹(THz)技术在国防、科研等领域有着广阔的应用前景,光电导天线是产生宽频THz波的重要手段.分析了低温生长和高温退火对光电导天线材料载流子寿命和电阻率的影响.在生长温度为230℃和250℃,退火温度为475℃的低温生长砷化镓(LTG-GaAs)上制备了领结(BowTie)和偶极子(Dipole)两种电极结构的小孔径光电导天线.实验给出,在250℃生长的LTG-GaAs上制备的光电导天线产生的太赫兹波辐射强度和频谱宽度较好,谱宽达到了3.6 THz,BowTie天线的辐射强度优于Dipole天线.两种形状的光电导天线皆可在10 V的偏置电压下产生太赫兹波辐射.