基于InGaAs探测器的制冷试验分析

为解决红外图像高质量要求与紧张的卫星有效载荷资源间矛盾,针对Xenics公司的InGaAs短波红外探测器XLIN-1.7-2048开展电制冷试验以确定其工作模式。对比暗背景与不同光辐照情况下,探测器开启半导体热电制冷与不制冷时的像元均值、噪声与灵敏度,综合考虑系统要求、功耗、辐冷板面积、重量及可靠性等因素,最终确定常温工作状态下的工作模式。     

短波红外焦平面探测器及其应用进展

简要介绍短波红外焦平面阵列(SWIRFPA)的相关概念,从探测器材料、探测器制备工艺方面讲述国内外在短波红外焦平面探测器研究领域取得的进展,列举HgCdTe和InGaAs材料短波红外焦平面探测器产品,描述当前短波红外焦平面探测器的研究动向,最后列举了一些有代表性的短波红外焦平面阵列的应用.     

宽带3-5μm量子阱红外探测器的研制

采用分子束外延方法在GaAs衬底上生长了n型掺杂的应变InGaAs/A1GaAs多量子阱结构,制作成3-5μm波段的量子阱红外探测器,响应峰值波长λp=4.2μm,响应带宽可达△λ/λ=50%,500K黑体探测率DBB(500,1000,1)达1.7×1010cm@Hz1/2/W.     

InGaAs短波红外探测器研究进展

InxGa1-xAs材料属于Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体合金材料,随In组分含量的不同,其光谱响应的截止波长可在0.87～3.5μm范围内变化,并具有高量子效率,加之成熟的MBE和MOVCD材料生长方式,很容易获得大面积高质量的外延材料,InGaAs材料因此成为一种重要的短波红外探测材料。InGaAs探测器可以在室温或近室温下工作,且具有较高的灵敏度和探测率,是小型化、低成本和高可靠性的短波红外探测系统的最佳选择,因此InGaAs短波红外探测器获得了飞速的发展和广泛的应用。同时对国内外InGaAs焦平面探测器发展状况和趋势进行了介绍。     

InGaAs短波红外探测器

与InP衬底晶格常数相匹配的In0.53Ga0.47As材料能够制作出高质量的光电探测器,可工作在室温或热电制冷条件下,光响应谱范围为0.92～1.7μm,具有高达80%以上的量子效率.通过对InGaAs探测器芯片平面和平台式结构的分析,以及InGaAs芯片和HgCdTe芯片的性能测试、比较,充分证明了InGaAs材料芯片的优越性及研制在室温下工作的高性能InGaAs探测器的可行性.对InGaAs芯片相对光谱特性的测试表明,InGaAs材料温度响应重复性较好.     

宽带3—5μm量子阱红外探测器的研制

采用分子束外延方法在GaAs衬底上生长了n型掺杂的应变InGaAs/AlGaAs多量子阱结构,制作成 3—5μm波段的量子阱红外探测器 ,响应峰值波长 λp=4.2μm,响应带宽可达 Δλ/λ=50% ,500K黑体探测率 D*BB(500,1000,1 )达 1.7E10 cm.Hz1/2/W.     

平面型24元InGaAs短波红外探测器

设计了带有保护环结构的平面型24×1 InGaAs线列短波红外探测器,利用n-i-n+型InP/Ino.53Gao.47As/InP外延材料闭管扩散制备了平面型探测器.LBIC测试显示光敏元没有明显扩大,保护环起到了有效的隔离效果;I-V测试表明器件的优值因子R0A约4.2×106Ω·cm2,在-0.1 V反向偏压下的...     

短波红外铟镓砷探测器材料表面缺陷研究

短波红外铟镓砷(InGaAs)探测器材料的表面缺陷是发展大规模小像元焦平面阵列的核心问题之一,其中与衬底晶格失配的延伸波长探测器材料的表面缺陷控制起来尤为困难。优化了分子束外延(Molecular Beam Epitaxy, MBE) In束源炉的温度设置。结果表明,In炉上下温差为130℃时所生长的短波红外晶格失配In_0.83Ga_0.17As材料的表面缺陷密度最小,由此有效地将材料的表面缺陷密度由3000 cm^-2左右降至约500 cm^-2。结合短波红外晶格失配InGaAs材料的室温光致发光测试,经分析可知,In束源炉上下温差存在最优值的现象是由于In金属液滴和炉子顶部杂质引起卵形缺陷这两种机制的共同作用而引起的。本文制备的低缺陷密度晶格失配InGaAs探测器材料为发展高性能延伸波长短波红外焦平面阵列打下了基础。     

8～12μm超晶格量子阱红外探测材料与器件的新进展

超晶格材料与量子阱器件的发展提供了一条实现8～12μm红外探测的新途径，作者曾分绍过GaAs-GaAlAs n型光导多量子阱红外探测器、InAsSb和InAs-Ga1-xInxSb应变超晶格材料和器件及HgTe-CdTe超晶格材料，本文将补充GaAs-GaAlAs p型光导多量子阱和光伏(或称Kastalsky)型红外探测器；以GaAs或InGaAs为基极的红外热电子晶体管(IHET)；Ga1-xAlxSbAlGb超晶格材料和GexSi1-x-Si量子阱材料与内光电子发射红外探测器。这些都是目前研制长波红外材料与器件的热点。     

Ⅲ-Ⅴ族半导体全(多)光谱焦平面探测器新进展

近年来,经济社会和武器装备的信息化对半导体光电子学器件提出了更高的要求,无论是国防还是民用工程都需要有自己的关键器件。光电探测器组件作为关键器件之一,世界各国都给予了高度重视,也取得了很大的进展。文中主要介绍了Ⅲ-Ⅴ族半导体全(多)光谱焦平面探测器的研究进展情况,包括量子阱红外探测器(QWIP)、AlGaN紫外焦平面探测器、InGaAs近红外室温焦平面探测器和Sb化物焦平面探测器等。     

空间遥感用近红外InGaAs焦平面组件

介绍了InGaAs PIN探测器的结构和主要性能指标,综述了InGaAs探测器的研究进展,特别是我国空间遥感用高均匀性长线列InGaAs焦平面组件的关键技术和主要性能结果.近年来,我国空间遥感用InGaAs得到了较快发展,研制出光谱响应为0.9～1.7μm的正照射和背照射256×1元InGaAs线列焦平面组件,室温下其峰值响应率分别为7.8×1011cm·Hz1/2/W和4.5×1011 cm·Hz1/2/W,而且利用正照射256×1元InGaAs线列焦平面组件实现了扫描成像,图像清晰.此外,研制了光谱响应延展至2.4μm的256×1元InGaAs线列平面组件,其室温下峰值探测率为2.5×1010cm·Hz1/2/W.这些研究结果为下一步更长线列焦平面组件的研制提供了坚实的基础,同时器件的性能需要进一步提高,以满足空间遥感应用的要求.     

基于FPGA的短波红外探测器配置方法研究

针对InGaAs短波红外探测器的配置需求,提出并设计了基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的短波红外探测器配置方法。以FPGA作为核心处理器,利用VHDL语言实现了短波红外探测器的配置功能。通过RS-232接口,可与上位机进行通信和在线发送及调整探测器输出数据的顺序等参数,并通过指令切换探测器的积分之后读出(Integrate Then Read,ITR)工作模式和积分同时读出(Integrate While Read,IWR)工作模式。实际应用表明,本文的配置方法能够使短波红外探测器正常工作,能够灵活调整工作模式和配置参数,满足短波红外探测器的实际应用需要。     

640×512数字化InGaAs探测器组件

数字化InGaAs探测器是短波红外探测器技术发展的一个重要方向,它不仅可以提升系统的集成度,还可以提升成像系统的各项技术指标。通过将模拟-数字转换器（ADC）集成到读出电路中实现数字化读出电路是数字化InGaAs探测器的技术核心。文中介绍了640×512数字化读出电路的设计与实现,并与InGaAs探测器通过铟柱进行倒装互联形成了数字化InGaAs探测器组件。通过对探测器组件的测试得到读出噪声为230 μV,峰值量子效率为65%,在300 K温度下探测率为1.2×1012 cmHz1/2/W,在60 Hz帧频下功耗为94 mW。测试结果表明,数字化InGaAs探测器组件具有低读出噪声,高线性度,高传输带宽,高抗干扰性等特点。     

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...     

航天InGaAs短波红外探测器步进应力加速寿命试验研究

随着航天应用InGaAs短波红外探测器的迅速发展,其可靠性问题日益突出。选择温度为加速应力,通过步进应力加速寿命试验方法对800×2双波段集成的InGaAs焦平面探测器进行了研究,获得了InGaAs焦平面模块失效机理保持不变的最大温度应力范围和失效模式,利用温度斜坡模型计算得到了样品的失效激活能,为进一步研究该器件的可靠性问题提供了依据。     

短波红外探测器的发展与应用（特邀）

短波红外波段作为“大气透过窗口”之一,探测器工作在该波段能获得目标更多的辐射能量。另外,短波红外对近室温目标的探测成像类似于可见光的反射式成像,一方面拥有中长波红外探测缺少的细节分辨能力,另一方面具有穿透烟雾进行成像等可见光探测不具备的能力。随着短波红外探测器在军事、民用领域的广泛应用,对短波红外探测器的性能、成本提出了更高的要求,InGaAs探测器由于高达约70%~90%的量子效率、室温下约8000 cm2/(V·s)的高迁移率,以及高灵敏度、高速响应、低成本的应用优势,是目前短波红外探测器的最佳选择。为了进一步扩展波长、提高分辨率、降低成本,发展了基于II类超晶格、胶体量子点、硅基材料等新材料和新工艺的短波红外探测器。文中对美国、法国、以色列、中国等国内外短波红外探测器的发展现状进行了归纳整理,对有关短波红外探测器的新材料和新工艺进行了报道,最后探讨分析了短波红外探测器的未来发展趋势。     

平面型InGaAs红外探测器I-V特性研究

采用闭管扩散方式,利用SiO2及Si3N4扩散掩膜在NIN型InP/In0.53Ga0.47As/InP外延材料上制备了两种不同的平面型InGaAs红外探测器,研究了室温下不同扩散区面积的两种器件的正向I-V特性及反向暗电流密度与器件周长面积比的关系,结果表明,扩散区边缘的钝化是平面型InGaAs探测器的制备过程中非常重要的一环,而且Si3N4薄膜的钝化效果优于SiO2薄膜。室温下和-0.1V偏压下,采用Si3N4扩散掩膜的器件的暗电流密度约为20nA/cm2。     

红外材料、器件及应用

(SPIE Vol.6835)一、红外材料/器件及其应用1.非致冷微测辐射热计TECless操作的新型体系结构(F.Simoens等) 2.基于先进红外探测器的新概念系统的研究与发展(Quanxin Ding等) 3.256×1元InGaAs短波近红外探测器线列(Xue Li等) 4.2.4μm 256元InGaAs光伏探测器线列的性能分析(Kefeng Zhang等) 5.基于HgCdTe单晶的近红外光电探测器(Xiaolei Zhang等) 6.中国斯特林低温制冷机的性能与可靠性特性(X.     

两种钝化结构InGaAs红外探测器低频噪声的研究

低频噪声的测量和分析已成为红外探测器性能和可靠性评估的一种重要手段.制备了聚酰亚胺单层钝化和硫化后ZnS/聚酰亚胺双层钝化两种结构InGaAs探测器,测试了不同偏压或不同温度下器件的低频噪声谱,讨论了偏压和温度对InGaAs探测器低频噪声的影响.随着偏压的增加,噪声增大,拐点向低频方向移动,并且低频噪声随温度降低而减小.认为硫化后ZnS/聚酰亚胺双层钝化器件相对聚酰亚胺单层钝化器件相同偏压或温度下噪声较小,拐点低.因为硫化处理和ZnS层增强了钝化效果,器件的表面漏电流明显减小,因而大大降低了器件的低频噪声.     

美国研制热电制冷短波长波双波段红外量子点光电探测器

目前,大部分短波红外和长波红外多光谱相机系统都是依靠不同的传感器进行各自波段的探测的。短波红外波段和长波红外波段一般分别采用InGaAs探测器和微测辐射热计探测器。这种双焦平面阵列结构中的两个焦平面必须并排