320×256 InAs/GaSb超晶格中/短波双色探测器组件研制

InAs/GaSb超晶格材料制备的新型红外器件在最近十几年得到了迅速发展。文中开展了InAs/GaSb二类超晶格中/短波双色焦平面探测器组件研制,设计了中/短波双色叠层背靠背二极管芯片结构,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,制备出性能优良的320×256双色焦平面探测器组件,对探测器组件进行了测试分析。结果显示,在77 K下中波二极管RA值达到26.0 kΩ·cm2,短波的RA值为562 kΩ·cm2。光谱响应特性表明短波响应波段为1.7~3 μm,中波为3~5 μm,满足设计要求。双色峰值探测率达到中波3.12×1011 cm·Hz1/2W-1,短波1.34×1011 cm·Hz1/2W-1。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%。     

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.     

128×128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40 μm×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6.0×109 cmHz1/2 W-1.经红外焦平面成像测试,探测器可得到较为清晰的成像.     

InAs/GaSb II类超晶格中波红外探测器

InAs/GaSb II类超晶格探测器是近年来国际上发展迅速的红外探测器,其优越性表现在高量子效率和高工作温度,以及良好的均匀性和较低的暗电流密度,因而受到广泛关注。报道了InAs/GaSb超晶格中波材料的分子束外延生长和器件性能。通过优化分子束外延生长工艺,包括生长温度和快门顺序等,获得了具原子级表面平整的中波InAs/GaSb超晶格材料,X射线衍射零级峰的双晶半峰宽为28.8,晶格失配a/a=1.510-4。研制的p?鄄i?鄄n单元探测器在77 K温度下电流响应率达到0.48 A/W,黑体探测率为4.541010 cmHz1/2W,峰值探测率达到1.751011 cmHz1/2W。     

320×256元InAs/GaSb II类超晶格中波红外双色焦平面探测器

报道了320×256元InAs/GaSb II类超晶格红外双色焦平面阵列探测器的初步结果.探测器采用PN-NP叠层双色外延结构,信号提取采用顺序读出方式.运用分子束外延技术在GaSb衬底上生长超晶格材料,双波段红外吸收区的超晶格周期结构分别为7 ML InAs/7 ML GaSb和10 ML InAs/10 ML GaSb.焦平面阵列像元中心距为30μm.在77 K时测试,器件双色波段的50%响应截止波长分别为4.2μm和5.5μm,其中N-on-P器件平均峰值探测率达到6.0×10~(10) cmHz~(1/2)W~(-1),盲元率为8.6%;P-on-N器件平均峰值探测率达到2.3×10~9 cmHz~(1/2)W~(-1),盲元率为9.8%.红外焦平面偏压调节成像测试得到较为清晰的双波段成像.     

锑基二类超晶格中波红外焦平面探测器技术

InAs/GaSbⅡ类超晶格以其特有的量子效率高、暗电流小、能带结构可调等材料性能和器件优势,成为第三代红外探测器技术的最佳选择之一。本文报道了中波InAs/GaSbⅡ类超晶格材料的设计、生长、器件工艺技术,制备出了高性能的128×128中波InAs/GaSbⅡ类超晶格红外焦平面探测器,像元暗电流密度降到1.8×10-7A/cm2,量子效率达36.64%。     

InAs/InAsSb超晶格红外中/中波双色焦平面探测器研制

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。双波段红外探测器能够通过对比两个波段内的光谱信息差异,对复杂的背景进行抑制,提高探测效果,在需求中尤为重要。本文开展了InAs/InAsSb超晶格中/中双色焦平面探测器设计及制备技术研究,从器件设计、材料外延、芯片加工等方面展开研究,制备了中心距30 μm的320×256 InAs/InAsSb二类超晶格中/中波双色焦平面探测器。器件短中波峰值探测率达到7.2×10¹¹ cm·Hz^1/2W^-1,中波峰值探测率为6.7×10¹¹ cm·Hz^1/2W^-1,短中波有效像元率为99.51%,中波为99.13%,获得了高质量的成像效果,实现中中双色探测。     

GaAs基短周期InAs/GaSb超晶格红外探测器研究

采用分子束外延(MBE)方法,在(001)GaAs衬底上生长了短周期Ⅱ型超晶格(SLs):InAs/GaSb (2ML/8ML)和InAs/GaSb (8ML/8ML).从X射线衍射(HRXRD)中计算出超晶格周期分别为31.2和57.3.室温红外透射光谱表明两种超晶格结构在短波2.1μm和中波5μm处有明显吸收.通过腐蚀、光刻和欧姆接触,制备了短波和中波的单元光导探测器.在室温和低温下进行光谱响应测试和黑体测试,77K下,50%截止波长分别为2.1μm和5.0μm,黑体探测率D·bb均超过2×108cmHz1/2/W.室温下短波探测器D·bb超过108cmHz1/2/W.     

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。     

双色量子阱红外探测器大面阵芯片的研制

采用GaAs/AlGaAs和InGaAs/AlGaAs多量子阱,研制出了双色同像素读取结构的中波/长波量子阱红外探测器及160×128元中波/长波双色多量子阱红外探测器芯片。器件的材料结构生长是采用分子束外延技术,在5.08 cm半绝缘GaAs衬底上完成的。发展了双色大面阵制备工艺,二维光栅的制备使用标准光刻和离子束刻蚀技术。在77 K时,对量子阱红外探测器测试,得到中、长波段峰值探测率分别为Dλ*=（1.61～1.90）×1010 cmHz1/2W-1和（1.54～2.67）×1010 cmHz1/2W-1。中、长波段峰值波长分别为(2.7~3.8) μm和8.3 μm。     

一种与CMOS工艺兼容的热电堆红外探测器

报道了一种与CMOS工艺兼容的微机械热电堆红外探测器。提出了具有一对热电偶的两层悬浮结构,其占空因子达到80%以上,并采用P/N多晶硅作为热电偶材料,黑硅作为吸收层材料。给出了器件的工作原理,对性能优化与制作的工艺流程进行了分析,结合所选材料的基本参数,得到了优化后的结构尺寸。通过理论计算,可以获得响应率大于1000 V/W,探测率大于1×108cmHz1/2W-1,时间常数小于40ms,噪声等效温差小于30mK的性能优良的热电堆红外探测器。该器件的吸收层位于结构中的顶层,金属布线位于底层,便于与后续电路集成。单元大小为25 m×25 m,有利于制作非制冷红外焦平面阵列。     

基于VO2薄膜非致冷红外探测器性能研究

用微电子工艺制备了VO     

基于N-on-P结构的背照射延伸波长640×1线列InGaAs探测器

在N-on-P型In0.78Al0.22As/In0.78Ga0.22As外延材料上,采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术制备了背照射640×1线列InGaAs探测器芯片,研究了探测器光电性能.结果表明,室温下单元器件响应截止波长和峰值波长分别为2.36μm和1.92μm,平均优值因子(R0A)为16.0Ω.cm2,峰值量子效率达到了37.5%;在1 ms积分时间下焦平面探测器平均峰值探测率达到了2.01×1011 cmHz1/2/W,响应非均匀性为8.77%,盲元率约为0.6%.     

CMOS兼容的微机械热电堆红外探测器的设计

提出了一种与CMOS工艺兼容、高响应率、低噪声的微机械热电堆红外探测器。该结构热电偶数目为两对,材料为P/N型多晶硅,吸收层材料为TiN。采用较少热电偶对的方式来降低噪声,引入共振谐振腔结构来提高红外吸收率。阐述了探测器的基本工作原理,通过仿真得到其重要的性能参数,并给出了器件具体的工艺流程,对器件尺寸进行了优化。理论上,其响应率大于1000 V/W,探测率大于2×108cmHz1/2W-1,噪声等效温差小于20mK,时间常数小于10ms,电阻值小于20k。     

160×128元多量子阱长波红外焦平面探测器件研制

报道了新研制出的160×128元GaAs/AlGaAs多量子阱长波红外焦平面器件。使用MBE的方法在半绝缘的GaAs衬底上生长器件结构；开发了用普通光刻技术和离子束刻蚀法制备2D光栅技术，以及探测器芯片与读出电路互联技术。在77 K时测试，器件的平均峰值探测率Dλ*=1.28×1010 cmW-1Hz1/2，峰值波长为λp=8.1 μm，截止波长为λc=8.47 μm。器件的非盲元率≥98.8％，不均匀性10％。     

基于MOSFET漏电流温度特性的室温红外探测器

基于MOSFET的漏电流温度特性，提出了一种可与CMOS工艺兼容的新型室温红外探测器。它采用在SOI衬底上实现的MOSFET作为探测红外灵敏元，在MOSFET的钝化层上制作可提高红外吸收率的光学谐振腔，并利用硅微机械加工技术将SOI的隐埋氧化层悬空，形成热绝缘微桥结构。MOSFET在担当探测红外辐射灵敏元的同时，又作为放大处理电路的一部分，简化了电路。分析表明，探测器的探测率可高达10^9-10^10cmHz^1/2W^-1.     

正照射延伸波长In0.8Ga0.2As红外焦平面探测器

为了研究延伸波长In0.8Ga0.2As PIN短波红外探测器的温度响应光电特性,采用闭管扩散的平面型器件工艺,在金属有机化学气相外延（MOCVD）外延生长的NIN型InAs0.6P0.4/In0.8Ga0.2As/InAs0.6P0.4 buf./InP材料上制备了正照射延伸波长2561线列InGaAs红外焦平面探测器,研究了探测器在不同温度下的I-V特性、光谱响应特性和探测率。结果表明,随着温度的降低,在小偏压下,器件的正向暗电流由产生复合电流为主逐渐变为以扩散电流为主。在260~300 K温度范围内,反向电流主要由扩散电流和产生复合电流组成,当温度低于180 K时,器件的反向电流主要为隧穿电流。室温下器件响应截止波长和峰值波长分别为2.57 m和2.09 m,峰值探测率为7.25108 cmHz1/2/W,峰值响应率为0.95 A/W,量子效率为56.9%。焦平面的峰值探测率在153 K达到峰值,约为1.111011 cmHz1/2/W,响应非均匀性为5.28%。