II类超晶格探测器芯片背增技术研究

主要介绍了II类超晶格探测器芯片双波段背增膜在探测器中的作用及其膜系设计与制备工艺。该膜的作用是减小探测器芯片表面在响应波段(3～5 μm及7～9 μm)对红外光的反射率,增强芯片的光响应率,从而提高芯片性能。研究并解决了背增膜在设计与制备工艺中的主要技术问题。根据探测器的使用环境对薄膜进行了相应的牢固性实验及测试。结果表明,此薄膜的光谱响应率和牢固度能充分满足探测器的要求。目前这项背增透薄膜制备工艺已是II类超晶格探测器生产中不可缺少的工艺步骤,应用前景良好。     

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%。     

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/GaSbⅡ类超晶格长波红外焦平面探测器

武汉高芯科技有限公司从2014年开始制备基于InAs/GaSbⅡ类超晶格的长波红外探测器.在本文中,报道了像元规模为640×512,像元间距为15μm的长波红外焦平面探测器.在77 K时,器件的50％截止波长为10.5μm,峰值量子效率为38.6％,当F数为2、积分时间为0.4 ms时,测得器件的噪声等效温差为26.2mK,且有效像元率达99.71％.本文通过分子束外延(molecular beam epitaxy,MBE)技术与成熟的Ⅲ-Ⅴ族芯片技术,成功地验证了在大于10μm的长波波段,用超晶格代替HgCdTe实现国产化并大规模量产的可行性.     

InAs/(In)GaSb Ⅱ类超晶格红外探测器研究现状

InAs/GaSb Ⅱ类超晶格具有优越的材料性能,量子效率高,暗电流小,能带结构可调,在国际上被认为是第三代红外焦平面探测器的优选材料.对目前Ⅱ类超晶格红外焦平面在国外的发展状况、现有的材料技术、探测器技术以及潜在的应用进行了介绍,旨在尽快发展属于我国的第三代InAs/(In)GaSb Ⅱ类超晶格红外探测器技术.     

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.     

Ⅱ类超晶格红外探测器的机理、现状与前景

近年来,锑基Ⅱ类超晶格红外探测器受到特别的关注,主要原因在于:锑化物Ⅱ类超晶格材料可能具有与碲镉汞相当的红外材料特性.根据Ⅱ类超晶格材料的基本特性、能带结构与电子空穴物理分离机理、美国3个主力联合研究团队的攻关现状,对Ⅱ类超晶格材料、器件的难点与前景进行分析.     

320×256元InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外焦平面探测器

报道了320×256元In As/Ga SbⅡ类超晶格长波红外焦平面阵列探测器的研制和性能测试.采用分子束外延技术在Ga Sb衬底上生长超晶格材料,器件采用PBIN结构,红外吸收区结构为14 ML(In As)/7 ML(Ga Sb),焦平面阵列光敏元尺寸为27μm×27μm,中心距为30μm,通过刻蚀形成台面、侧边钝化和金属接触电极生长,以及与读出电路互连等工艺,得到了320×256面阵长波焦平面探测器.在77 K温度下测试,焦平面器件的100%截止波长为10.5μm,峰值探测率为8.41×109cm Hz1/2W-1,盲元率为2.6%,不均匀性为6.2%,采用该超晶格焦平面器件得到了较为清晰的演示性室温目标红外热成像.     

InAs/GaSb II类超晶格红外探测器背减薄技术研究

针对InAs/GaSb II类超晶格红外探测器开发高质量背减薄工艺,获得了高质量衬底表面,改善了超晶格红外探测器组件的成像品质。采用机械抛光和机械化学抛光相结合的工艺减薄衬底,其中机械抛光削减衬底大部分厚度,然后通过机械化学抛光去除机械损伤。机械化学抛光过程中,在压力、转速等不变的情况下,主要研究机械化学抛光液的pH值对衬底表面质量的影响。实验结果表明,当机械化学抛光液的pH值为9.4时,获得了高质量、低损伤的芯片衬底表面,并实现了最佳的探测器组件成像效果。     

InAs/GaSbⅡ类超晶格红外探测技术

由于Ⅱ类超晶格探测器在红外成像探测技术上极大的应用价值和前景,对这一低维半导体结构的研究持续不衰.近年来,Ⅱ类超晶格探测器在国际上发展极为迅速,已经实现了高性能的中波和长波超晶格焦平面探测器并进行了成像试验.改变超晶格的周期,它的吸收截止波长可覆盖3～30μm的宽广范围.由于现代分子束外延材料生长技术,可以在单原子层的...     

High-responsivity intersubband infrared photodetector usingInGaAsP/InP superlattice

A 4-7-μm infrared detector made of an InGaAsP/InP short-period superlattice is demonstrated with materials grown by metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD). A single current blocking layer of InP is used to reduce the dark current. At 40 K, the detector shows a low dark current of less than 4 pA at a bias voltage of 4 V. At 35 K, a peak responsivity of 4.0 A/W is obtained at 5.6 μm at a bias of 1 V     

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。     

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。     

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/长波双色二类超晶格红外探测器技术

双波段红外探测器是第三代焦平面探测器发展的重要方向之一,二类超晶格材料由于其优异的光电性能而成为制备双色红外探测器的优选材料之一。本文报道中长波双色二类超晶格器件结构设计、材料外延、读出电路设计、芯片加工、组件化等方面研究进展,通过对刻蚀以及钝化工艺进行了优化,制备出性能良好的640×512中长双色二类超晶格红外探测器,主要指标实现像元中心间距20μm,读出方式同时读出,中波波段3.5～4.8μm,长波波段7.5～9.5μm,噪声等效温差中波28.8mK、长波38.8mK,响应率非均匀性中波4.52%、长波7.89%;盲元率中波1.2%、长波1.3%,并完成成像演示,成像质量良好,为双色红外探测器工程化应用奠定了基础。     

高性能锑化物超晶格中红外探测器研究进展（特邀）

中红外探测技术作为一种重要的被动探测手段,在各个领域都有着非常重要的作用。其中,以InAs/InAsSb超晶格材料为基础的无Ga型Sb化物II类超晶格探测器,由于去除了Ga原子的缺陷,具有更高的少子寿命,有利于提高探测器性能。此外,使用光子晶体结构,进行表面光学性能调控,可以提高器件的响应度,从而降低材料吸收区厚度,降低器件暗电流。暗电流的降低和响应度的提升,进一步优化了探测器的性能,进而提高器件工作温度,进一步降低探测系统的体积、重量和功耗。研究表明:使用光子晶体结构可以在不改变外延材料结构的前提下,提高器件量子效率,实现响应光谱的展宽,在实际应用中具有重要的意义。文中综述和讨论了InAs/InAsSb超晶格探测器和光子晶体结构探测器材料生长、结构设计的主要技术问题,详细介绍了两种提高中红外探测器性能的方案及国内外的研究进展。     

HfO2/SiO2多层高反膜脉冲YAG激光预处理机理的研究

本文研究了HfO2 /SiO2 多层高反膜脉冲YAG激光预处理提高抗激光损伤阈值的机理。通过分析和计算 ,我们提出了一种物理模型 ,即热扩散模型。由于扩散结果 ,导致HfO2 膜层的折射率增加 ,致使HfO2 、SiO2 膜层交界处光驻波波峰降低 ,从而提高了薄膜抗激光损伤阈值     

量子阱红外探测器衬底完全去除技术研究

背面减薄技术对于提高量子阱红外焦平面探测器的性能有着重要的意义,通过衬底减薄能够缓解探测器芯片与读出电路的热膨胀失配,提高互连混成芯片可靠性,同时能够有效降低串扰。本文结合机械研磨、化学机械抛光和选择性湿法腐蚀技术,实现了量子阱探测器互连混成芯片的衬底完全去除。     

量子点红外探测器研究进展

量子点红外光电探测器(QDIP)凭借自身的优点,未来很有可能与碲镉汞(HgCdTe)红外探测器、量子阱红外光电探测器(QWIP)和非制冷微测辐射热计相竞争。目前,普遍采用自组织方法生长量子点,研究主要集中在:①隧道量子点红外探测器(T-QDIP);②量子阱中量子点(DWELL)红外探测器;③Si基QDIP;④Ge QDIP。本文阐述正在研究的几种QDIP,并对下一代传感器用QDIP进行预测。     

High-operating-temperature MWIR photodetector based on a InAs/GaSb superlattice grown by MOCVD

We demonstrate a high-operating-temperature(HOT)mid-wavelength InAs/GaSb superlattice heterojunction in-frared photodetector grown by metal-organic chemical vapor deposition.High crystalline quality and the near-zero lattice mis-match of a InAs/GaSb superlattice on an InAs substrate were evidenced by high-resolution X-ray diffraction.At a bias voltage of-0.1 V and an operating temperature of 200 K,the device exhibited a 50%cutoff wavelength of~4.9μm,a dark current dens-ity of 0.012 A/cm²,and a peak specific detectivity of 2.3×10⁹ cm·Hz^1/2/W.