长/长波双色二类超晶格红外探测器研究

报道了长/长波双色二类超晶格红外焦平面探测器组件的研制。通过能带结构设计和分子束外延技术,获得了表面质量良好的长/长波双色超晶格外延材料。突破了长波超晶格低暗电流钝化、低损伤干法刻蚀等关键技术,制备出像元中心距30 μm的320×256长/长波双色InAs/GaSb超晶格焦平面探测器芯片。将芯片与双色读出电路互连,采用杜瓦封装,与制冷机耦合形成探测器组件。组件双波段50%后截止波长分别为7.7 μm（波段1）和10.0 μm（波段2）。波段1平均峰值探测率达到8.21×10¹⁰ cmW^-1Hz^1/2,NETD实现28.8 mK;波段2平均峰值探测率达到6.15×10¹⁰ cmW^-1Hz^1/2,NETD为37.8 mK,获得了清晰的成像效果,实现长/长波双色探测。     

InAs/GaSb超晶格长波红外探测器

InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外探测器因其特殊的能带结构及其自身的材料和器件优势,在红外成像技术上具备极大的应用价值和前景,同时在大面阵长波红外探测器及甚长波红外探测器领域展现出优异的器件性能,并推动世界各国对这一低维半导体研究的持续发展,成为第三代红外探测器技术的最佳选择,并在国防建设、医疗、电力、天文学、抗灾方面有着广泛的应用.本文着重介绍了Ⅱ类超晶格长波红外探测器器件的制备、焦平面的成像测试以及器件的相关性能.长波探测器器件在77 K条件下10%截止波长为14 μm,峰值量子效率为35%,峰值响应2.6 A/W,峰值探测率接近1×1010 cmHz1/2W-1.     

Ⅱ类超晶格长波红外探测器研究进展

由于具有带隙可调、电子有效质量大、俄歇复合率低等特点,Ⅱ类超晶格在长波红外和甚长波红外探测方面具有独特优势。介绍了长波超晶格探测器制备方面的研究进展,包括能带结构设计、表面缺陷控制、周期结构控制和表面钝化。最后报道了320×256长波超晶格焦平面阵列及其测试性能。结果表明,在77 K工作温度下,该阵列的截止波长为9.6 μm,平均峰值探测率D*为7×10¹⁰ cm·Hz^1/2/W,噪声等效温差 (Noise Equivalent Temperature Difference, NETD)为34 mK,响应非均匀性为7%。     

InAs/GaSb二类超晶格中/短波双色红外焦平面探测器

InAs/GaSb超晶格材料已经成为了第三代红外焦平面探测器的优选材料。开展了InAs/GaSb二类超晶格中/短波双色焦平面探测器器件结构设计、材料外延、芯片制备,对钝化方法进行了研究,制备出性能优良的320256双色焦平面探测器。首先以双色叠层背靠背二极管电压选择结构作为基本结构,设计了中/短波双色芯片结构,然后采用分子束外延技术生长出结构完整、表面平整、低缺陷密度的PNP结构超晶格材料。采用硫化与SiO2复合钝化方法,最终制备的器件在77 K下中波二极管的RA值达到13.6 kcm2,短波达到538 kcm2。光谱响应特性表明短波响应波段为1.7~3 m,中波为3~5 m。双色峰值探测率达到中波3.71011 cmHz1/2W-1以上,短波2.21011 cmHz1/2W-1以上。响应非均匀性中波为9.9%,短波为9.7%。中波有效像元率为98.46%,短波为98.06%。     

Ⅱ类超晶格甚长波红外探测器的发展

由Ⅲ-Ⅴ族半导体材料InAs/GaSb或InAs/Ga1-xInxSb构成的Ⅱ类超晶格(T2SL)光电探测器近年来在理论结构设计及试验器件实现方面进展显著.带隙工程和能带结构工程使得T2SL比碲镉汞材料具有某些优势,特别是很小的窄带隙方面.这些特有的性质,例如较大的有效电子质量、重空穴带和轻空穴带之间的较大间距可以抑制...     

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。     

锑化物中/中波双色红外探测器研究进展

面对第三代红外探测器对多波段探测的需求,中/中波双色同时获取两个波段的目标信息,对复杂的背景进行抑制,可以有效排除干扰源的影响,提高了探测的准确性,增强了在人工及复杂背景干扰下的目标识别能力,因此中/中波双色探测器设计和制备最近快速发展起来。锑化铟红外探测器通过分光可实现两个中波波段的探测,锑化物Ⅱ类超晶格探测器通过能带结构设计实现多波段探测。本文阐述了锑化物中/中波双色红外探测器的主要技术路线和目前研究进展,与传统InSb双色探测器相比,中/中波双色超晶格红外器件用于红外成像探测具有鲜明的特点和优势,但需要在探测器结构设计、锑化物超晶格材料生长、阵列器件制备等方面进行进一步研究,以提高探测性能,满足工程化应用需求。     

二类超晶格红外焦平面探测器的研究进展

近几年,二类超晶格红外探测器在材料生长、器件结构设计、器件制备上经历了快速的发展,使得二类超晶格成为除碲镉汞外最受关注的红外探测器材料。本文简要介绍了二类超晶格的优势,总结了国际上二类超晶格红外探测器研究进展,回顾了二类超晶格红外探测器的技术发展历程,并分析了国内二类超晶格材料与器件中存在的技术问题。     

新型Sb基二类超晶格红外探测器

InAs/Ga(In)SbⅡ类超晶格材料由于特殊的二型能带结构,可以通过人造低维结构获得类似于体材料的带间吸收,从而获得较高的量子效率;另外,通过调节材料参数调节能带结构,器件响应波段可调;通过能带结构设计抑制俄歇复合,获得较小的暗电流和较高的器件性能。因为以上特有的材料性能和器件特性,Sb基二类超晶格在国际上被认为是第三代红外焦平面探测器的优选材料。对二类超晶格材料的设计和器件特性进行了研究,设计了峰值波长4μm的nBn结构的中波红外探测器,在没有蒸镀抗反膜的条件下,77 K温度下测试得到的峰值探测率为2.4×1011cm Hz1/2W-1,计算得到的量子效率为47.8%,峰值探测率已经接近目前的碲镉汞中波红外探测器器件性能。研究结果充分显示了二类超晶格优越的材料和器件性能。     

长波碲镉汞探测器的原位集成微透镜技术研究

采取原位集成的方式在红外焦平面探测器芯片的入光侧制备微透镜阵列以达到增强信号以及减小串音的作用,通过光学分析获得了匹配不同中心距器件的微透镜结构设计,在长波碲镉汞320×256,50 μm和30 μm中心距的探测器上验证了原位集成的微透镜阵列能够有效地通过汇聚光线,使信号增强分别达到28 %和61 %。对于超高灵敏度红外探测以及SWaP和超大规模红外探测器研究具有重大意义。     

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。     

一种长波红外光导探测器CMOS电路设计

CMOS 电路是高输入阻抗,而长波红外光导探测器是低阻抗,实现低阻抗红外光导探测器与CMOS 电路的良好匹配,是目前长波红外探测器高性能成像的关键技术。文中设计了一种能在低温下工作的低阻抗红外光导探测器CMOS 电路,差分放大器采用正负电源供电,在输入级采用桥式输入方式,该电路第一级采用1M的负反馈电阻实现信号放大,第二级放大采用正端放大方式,输入级、第一级放大、第二级放大均采用直接耦合方式。测试结果表明,该放大器与长波红外低输入阻抗光导探测器连接后能正常工作,总放大倍数大于1 万倍,3 dB 带宽大于4 kHz,等效输入电压噪声小于1.5 V,有效地解决了低阻抗光导探测器与高阻CMOS 电路的匹配问题。     

中波红外周视光学系统

介绍了一种采用等距投影物像关系设计的中波红外周视光学系统,系统采用折反混合方案,设计视场为360×(-15°～+50°),能够实现360°方位和一定俯仰角度范围内的凝视成像,适用于红外反狙击手探测及类似应用场景下的态势感知。     

高光谱用长波红外焦平面探测器组件

介绍了高光谱用长波1024×256红外焦平面探测器组件的研究结果。长波红外焦平面探测器芯片基于液相外延碲隔汞薄膜材料制造,读出电路基于035μmCMOS 50 V工艺设计,采用非密封型与高光谱相机集成的探测器封装结构。经测试,长波1024×256红外焦平面探测器组件各项功能正常,性能良好。     

II类超晶格红外探测器技术国内外进展

简单归纳整理了德国、美国(CQD、JPL、QmagiQ、NRL、Teledyne和Raytheon)、瑞典(IRnova)、以色列SCD和日本等国外主要机构的II类超晶格研究成果以及国内的发展现状。美国VISTA计划的成功实施和技术突破进一步加速推动了II类超晶格红外探测技术从理论走向现实。虽然目前及今后较长时间内HgCdTe技术仍然是主流,但是II类超晶格技术在整体系统性能和成本上可以挑战HgCdTe,II类超晶格技术将在红外应用领域全方位替代HgCdTe技术的优势已经越来越清晰。与国外相比,国内II类超晶格技术的发展已经具有一些技术基础,但距离产业化推广应用还有一定的差距,可以借鉴国外的先进理论和技术经验并结合具体实际工艺逐步取得突破。     

一种碲镉汞长波红外探测器暗电流测试方法

碲镉汞红外焦平面探测器的暗电流一般是在无法接受到外界热辐射的状态下进行测试,这种测试方法需要在特殊的杜瓦结构里进行测试,只能在实验室进行测试。本文介绍了一种在实际应用杜瓦结构中评价碲镉汞长波红外探测器暗电流的测试方法,该方法不需要改变组件结构,仅通过常规的性能测试和利用理论公式计算就可得到暗电流数值。对320×256 长波碲镉汞探测器组件的试验结果表明,用该方法得到的暗电流结果与实验室得到的暗电流结果非常接近,可作为红外焦平面探测器暗电流评估的快捷方法。     

Ⅱ类超晶格红外探测器多层膜背增透研究

Ⅱ类超晶格材料相对较小的吸收系数限制了超晶格焦平面探测器的探测性能,通过在焦平面背面镀制增透膜,可有效提升器件的量子效率。研究采用仿真计算,设计了GaSb基InAs/GaSb超晶格探测器的多层背增透膜结构,并在GaSb衬底和超晶格焦平面探测器上进行了制备,实验结果验证了该薄膜具有提升探测器响应性能的作用。     

InAs/GaSb II类超晶格红外探测技术研究进展

InAs/GaSb II类超晶格是一项新型的红外焦平面技术,其响应波长可以覆盖3～30 μm 的光谱范围,具有均匀性好、暗电流低和量子效率较高等优点,是最有希望的碲镉汞的替代技术。1987年,人们发现了其在红外探测领域的应用价值后,II类超晶格材料和器件的研究获得了极大的关注,特别是近年来II类超晶格探测器的发展在国际上极为迅速,美欧等一些技术先进的国家已经获得了大规模、高性能的超晶格焦平面探测器并实现了清晰的实验室红外热成像。本文简要介绍该项新型红外探测技术的基本原理、技术特点、技术关键及其在国内外的发展趋势。     

中长波双色目标和干扰模拟仿真技术

为了能评估中长波红外双色探测系统抗干扰性能,对双色目标和干扰模拟仿真技术开展了研究。基于多波段红外目标以及干扰生成技术,建立多波段目标和干扰光谱辐射模型、运动模型。同时,基于中长波双色半实物仿真系统,通过MOS电阻阵+DMD目标模拟器构成的中长波红外图像模拟器,多通道复合定向光学系统以及安装被测探测系统的弹目姿态模拟系统,将目标模拟器生成的中长双色图像经多通道复合定向光学系统复合、准直、扩束后提供给被测双色探测系统,验证仿真模拟效果。