碲镉汞红外焦平面器件技术进展

近十年碲镉汞第二代红外焦平面探测器应用呈现爆发式增长,也是第三代焦平面技术快速发展的十年。文中对近十年来碲镉汞红外焦平面探测器技术的发展进行了简单的回顾,并结合碲镉汞红外焦平面探测器的应用,对在碲镉汞红外焦平面探测器技术方面的研究工作和工程应用进行了总结,最后,对未来碲镉汞红外焦平面探测器技术的发展进行了展望。     

HgCdTe艰辛的历程、辉煌的成就:一、伟大的发明

根据半个多世纪碲镉汞材料、碲镉汞红外探测器的发展里程,以碲镉汞材料的发明、关键技术突破带来的碲镉汞材料生长技术的进步、关键技术的突破带来的碲镉汞探测器性能提升、第一代陆军通用组件、第二代高性能红外焦平面器件和第三代高清、多波段红外焦平面器件等重要里程碑为出发点,采用专题系列的形式,回顾碲镉汞材料及碲镉汞红外探测器发展的艰辛历程与辉煌的成就.     

碲镉汞表面钝化层研究

本文简要报导了碲镉汞（ＭＣＴ）光导探测器表面钝化层的研究及结果，介绍了阳极氧化膜的制备，氧化膜的化学组成及氧化膜的物理化学性质。阐述了阳极氧化膜的退火处理。经过退火处理，提高了氧化膜的绝缘性能。     

多元长波光导红外探测器组件通过攻关总结

多元长波光导红外探测器组件通过攻关总结由华北光电技术研究所任总师单位，联合８个兄弟厂、所共园协作攻关的多元红外探测器组件，圆满完成了预定任务，于今年２月通过部级攻关验收总结。多元长波光导啼镉汞（ＭＣＴ）红外探测器组件包括１６０元光导碲镉汞红外探测器、...     

用于可见光/短波红外双波段探测的碲镉汞技术

论述了一种基于短波碲镉汞材料的可见光/红外双波段探测技术。通过更换可见光和短波红外镜头的方式,利用短波碲镉汞探测器分别进行了可见光和短波红外成像。结果表明,短波碲镉汞探测器可以进行可见光成像,这就为同时探测可见光和短波红外光提供了可能。     

碲镉汞高工作温度红外探测器

基于当前红外探测器技术的发展方向,从高工作温度红外探测器应用需求的角度分析了碲镉汞高工作温度红外探测器在组件重量、外形尺寸、功耗、环境适应性及可靠性方面的优势。总结了欧美等发达国家在碲镉汞高工作温度红外探测器研究方面的技术路线及研究现状。从器件暗电流和噪声机制的角度分析了碲镉汞光电器件在不同工作温度下的暗电流和噪声变化情况及其对器件性能的影响;总结了包括基于工艺优化的Hg空位p型n-on-p结构碲镉汞器件、基于In掺杂p-on-n结构和Au掺杂n-on-p结构的非本征掺杂碲镉汞高工作温度器件、基于nBn势垒阻挡结构的碲镉汞高工作温度器件及基于吸收层热激发载流子俄歇抑制的非平衡模式碲镉汞高工作温度器件在内的不同技术路线碲镉汞高工作温度器件的基本原理,对比分析了不同技术路线碲镉汞高工作温度器件的性能及探测器制备的技术难点。在综合分析不同技术路线高温器件性能与技术实现难度的基础上展望了碲镉汞高工作温度器件技术未来的发展方向,认为基于低浓度掺杂吸收层的全耗尽结构器件具备更好的发展潜力。     

探测器波段响应率及其测试定标法

描述了碲镉汞红外探测器相对光谱分布Ｇ（λ）和波段响应率Δλ的测试计算方法，以及其在１０５Ｋ温度下工作时，其中的一些定标问题，给出了１０５Ｋ温度下工作，空间应用的碲镉汞光导红外探测器有关测试方法、设备及测试结果，并给出了相应的测试误差。     

论高工作温度碲镉汞红外探测器（下）

与用其他材料制备的红外光子探测器相比,碲镉汞红外探测器具有带隙灵活可调、量子效率较高以及R_oA接近理论值等优点。碲镉汞探测器的主要缺点是需要低温制冷,以抑制引起噪声的热生自由载流子。期望碲镉汞探测器在具有高工作温度(High Opeating Temperature,HOT)的同时而又无需牺牲性能。HOT碲镉汞探测器的设计目标主要是抑制俄歇过程,从而降低探测器噪声和低温制冷需求。从相关基本概念出发,讨论了对HOT碲镉汞物理机制的理解以及近年来HOT碲镉汞技术的发展状况。     

论高工作温度碲镉汞红外探测器（上）

与用其他材料制备的红外光子探测器相比,碲镉汞红外探测器具有带隙灵活可调、量子效率较高以及R_0A接近理论值等优点。碲镉汞探测器的主要缺点是需要低温制冷,以抑制引起噪声的热生自由载流子。期望碲镉汞探测器在具有高工作温度(High Operating Temperature,HOT)的同时而又无需牺牲性能。HOT碲镉汞探测器的设计目标主要是抑制俄歇过程,从而降低探测器噪声和低温制冷需求。从相关基本概念出发,讨论了对HOT碲镉汞物理机制的理解以及近年来HOT碲镉汞技术的发展状况。     

多元光导碲镉汞的双波段红外探测器

本文简单叙述长波１６０元光导碲镉汞红外探测器，３－５μｍ锑化铟和８－１２μｍ光导碲镉汞双波段红外探测器的制造工艺过程，性能和使用情况。     

利用二次阳极氧化方法降低N型碲镉汞材料表面复合速度

利用微波反射光电导衰退法比较了采用一次阳极氧化和二次阳极氧化的N型碲镉汞材料的非平衡载流子寿命及其随温度的变化,通过与理论值进行比较拟合得到了碲镉汞材料表面复合速度随温度的变化曲线.结果发现,二次阳极氧化方法能够更好地降低材料表面悬挂键的密度,同时减少抛光引入的表面缺陷能级的数量,从而降低材料的表面复合速度,改善材料的非平衡载流子寿命,利于制造出高性能的HgCdTe红外探测器.     

碲镉汞薄膜材料

碲镉汞薄膜材料电子工业部十一所陈世达碲镉汞探测器是目前最重要的红外探器之一，通过对材料组分ｘ的调节，它可以探测１～２０μｍ红外波长，在红外成象，红外、激光制导、激光雷达及激光探测方面有着极其广泛的用途。研究与发展多元和焦平面碲镉汞探测器件是国内外研究...     

长波p-on-n碲镉汞红外焦平面器件高温工作性能

碲镉汞材料为窄禁带半导体,随着工作温度的升高,材料本征载流子浓度会增加,探测器截止波长会变短,暗电流增加等,会导致器件性能降低。碲镉汞红外探测器通常在77 K温度附近工作并获得很好的探测性能,但低温工作会增加探测器的制备成本、功耗、体积和重量等。为了解决这些问题,在保证探测器正常工作性能的前提下,提升探测器的工作温度是碲镉汞红外探测器的重要研究方向。p-on-n结构的碲镉汞红外焦平面器件具有低暗电流、长少子寿命等特点,有利于在高工作温度条件下获得较好的器件性能。在不同工作温度下对p-on-n长波焦平面探测器的性能进行测试分析,在110 K时p-on-n长波碲镉汞红外焦平面探测器噪声等效温差（Noise Equivalent Temperature Difference , NETD）为25.3 mK,有效像元率为99.48%,在高温条件下具备较优的工作性能。     

多元光导碲镉汞和双波段红外探测器

本文简单叙述长波１６０元光导碲镉汞红外探测器，３～５μｍ锑化铟和８～１２μｍ光导碲镉汞双波段红外探测器的制造工艺过程，性能和使用情况。     

基于非平衡模式的碲镉汞高工作温度探测器

本文回顾了当前国内外高工作温度碲镉汞红外探测器的技术路线和相应的器件性能,在碲镉汞器件暗电流的温度特性分析的基础上,讨论了基于非平衡工作模式的碲镉汞探测器的基本原理、器件结构设计和暗电流机制,探讨了吸收层全耗尽碲镉汞器件性能与器件结构参数、材料晶体质量的关系,明确了其技术要点和难点,展望了碲镉汞高工作温度器件技术的发展趋势。     

碲镉汞小晶片缺陷的同步辐射形貌相分析

在北京正负电子对撞机国家实验室，用同步辐射拍摄了制备长波光导多元碲镉汞红外探测器的小晶片（面积小于１ｍｍ２）的高分辨率白光形貌相。实验结果表明：在碲镉汞小晶片中存在相当多的晶体缺陷，如亚晶界和晶格畸变区等。这些缺陷的存在说明样品受到较强的应力作用，样品晶格的完整性实际上反映了碲镉汞晶体生长和器件制备技术的应力控制水平。根据晶格的畸变模型，讨论了多元线列器件的性能与碲镉汞材料缺陷的关系。     

通过降低表面漏泄电流提高InAs/GaSb应变层超晶格探测器性能

基于Ⅱ型中波红外和长波红外InAs/GaSb应变层超晶格的光电二极管可以用于民用和军用领域的各个方面。目前,这些领域最常用的探测器都是碲镉汞探测器。但是,碲镉汞合金的电子质量较小（约为0.009m₀）,由于隧道效应的关系,它们会产生过多的暗电流。况且,大面积空间均匀性不足对于碲镉汞探测器来说依然是个     

HgCdTe红外探测器性能分析

根据碲镉汞材料的性能、碲镉汞红外探测器物理机理和基本器件模型,对截止波长为3 m、5 m、10.5 m的碲镉汞探测器,在不同工作温度下的探测率性能进行了理论计算。计算结果表明:碲镉汞探测器在短波、中波和长波三个主要红外波段均能满足第三代红外焦平面器件对灵敏度和工作温度的要求。     

碲镉汞表面钝化层研究

本文简要了碲镉汞光导探测器表面钝化层的研究及结果，介绍了阳极氧化膜的制备，氧化膜的化学组成及氧化膜的物理化学性质，阐述了阳极氧化膜的退火处理。经过退火处理，提高了氧化膜的绝缘性能。     

高工作温度碲镉汞红外探测器杜瓦结构研究

随着第三代红外探测器技术的快速发展,高工作温度红外探测器成为重要的发展方向。本文报道了在高工作温度碲镉汞红外探测器杜瓦结构小型化、低功耗、高可靠性方面的研究进展。通过杜瓦结构的优化设计,搭配旋转整体式低温制冷机K562Sshort,制备出组件体积为80mm×61mm×39mm,重量为212 g,启动时间为25min,工作温度达到150K的高工作温度中波碲镉汞红外探测器,并初步完成了组件可靠性试验验证,为高工作温度碲镉汞红外探测器的工程化应用奠定了一定的基础,对高工作温度碲镉汞红外探测器的小型化、低功耗、高可靠性研究具有一定的指导意义。