10.6μm激光辐照碲镉汞红外探测器热损伤研究

研究了HgCdTe红外探测器的结构以及材料特性,阐述了激光损伤HgCdTe红外探测器的机理,建立了HgCdTe红外探测器三维仿真模型,利用有限元分析法,对10.6 μm CO2激光辐照HgCdTe探测器的温度变化情况进行了仿真,并通过参考已有文献的实验数据,验证了模型的准确性.当HgCdTe探测器受到峰值功率密度为5×107 W/cm2的单脉冲激光辐照时,HgCdTe晶体的Hg离子开始析出,探测器性能降低,并不可恢复;当激光峰值功率为108 W/cm2,探测器HgCdTe晶体开始出现熔融现象,此时激光能量密度为1 J/cm2;当激光峰值功率为2×108 W/cm2时,铟柱达到熔融温度,探测器会出现铟柱脱落现象,被彻底损坏.     

长波红外碲镉汞探测器

1 引言 红外辐射最早是1800年英国的天文学家赫谢耳(W.Herschel)在研究太阳光谱的热效应时,用水银温度计测量各种颜色光的加热效果而发现的。1830年,L.Nobili利用塞贝克发现的温差电效应制成了“温差电型辐射探测器”;     

高工作温度碲镉汞红外探测器研究进展

高工作温度碲镉汞红外探测器作为最近来发展起来的新型探测器,在保证性能不变的基础上,实现了尺寸小、重量轻、功耗低等功能,成为军事侦察、无人机、无人平台的重要探测器件。本文阐述了高工作温度碲镉汞红外探测器的基本原理,重点介绍了碲镉汞P-on-N红外探测器的器件结构设计,并且对美国Raytheon、法国Sofradir、德国AIM、美国Teledyne、美国DRS等公司的研究进展进行了综述性介绍。     

集成浸没透镜结构碲镉汞光伏器件的研制

采用等温气相外延方法(Isothermal Vapor Phase Epitaxy,ISOVPE)在CdZnTe衬底上生长出碲镉汞外延材料.在此基础上研制出在近室温条件下工作、具有集成浸没透镜结构的碲镉汞光伏器件,器件的工作波段为2.5 μm～3.2 μm.由于采用ISOVPE工艺生长的碲镉汞外延材料的组分梯度较大,文中采用多次湿法腐蚀-透射光谱测试的方法对材料的截止波长进行较精确的定位.在CdZnTe衬底上采用单点金刚石工艺得到直径为1.5 mm的超半球结构集成浸没透镜,然后利用激光诱导电流(LBIC)测试方法评价加工浸没透镜前后的器件光学响应面积.通过比较透镜加工前后器件的电流-电压特性曲线,对浸没透镜加工过程的影响进行了评价,发现透镜加工完成后器件的零偏压电阻略有增加,这与超半球结构会减小器件的辐射入射角相符合.在透镜加工前后对器件的黑体信号和噪声进行了测试,发现具有浸没透镜的器件的信号比之前增加了20～30倍,其噪声由于零偏压电阻的增加而略有降低.因此器件的黑体探测率实现了最高达4倍的增加.     

碲镉汞多色红外焦平面探测芯片

文章从芯片结构、晶格匹配和PN结性能三个方面对碲镉汞多色焦平面探测芯片技术进行了探讨,结果显示在三种主要的双色探测芯片结构中,单电极和环孔工艺的双色芯片技术相对比较成熟,高难度的刻蚀技术以及所引起的表面反型是制约双电极或多电极多色探测芯片技术发展的主要因素,而环孔技术在发展多色探测芯片方面则有其独到之处,随着探测波段的增加,其工艺难度并没有质的变化。多色探测芯片不同外延层之间的晶格失配以及和Si基衬底之间热失配也是必须加以考虑和解决的一个问题,在现阶段, Si基直接外延、大面积碲锌镉材料和ZnCdTe /Si复合衬底技术并举仍将是明智的选择。在PN结方面,二代焦平面的成结技术在多色器件的宽带结上尚未能够实现,刻蚀反型和深台面侧面钝化的困难依然存在,这些均制约着器件性能的提高,另外,多色芯片的结构和表面加工工艺也影响着探测芯片的光通量利用率和量子效率。     

碲镉汞探测器的回顾与展望（特邀）

20世纪50年代末,碲镉汞（HgCdTe）合金半导体材料的发明,奠定了热成像的技术和工程应用基础。1975年,美国提出基于第一代红外探测器的热成像通用组件概念——“模块化通用夜视热瞄镜”（Modular Common Thermal Night Sights, MCTNS）,从此HgCdTe材料和探测器被大规模应用于军事领域。从HgCdTe材料的基本物理性质出发,分析了HgCdTe探测器的优点,认为HgCdTe探测器依然是目前性能最好的红外探测器,且正在向多元化方向发展,包括（但不限于）大面阵、平面结和异质结、双波段、甚长波、150 K级工作温度、雪崩探测器等。随着新结构、新模式、新机理、新方法、新工艺的进步,HgCdTe材料和探测器必将达到一个新高度,仍然是第四代主流的红外焦平面探测器。     

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。     

12.5 μm碲镉汞长波红外探测器暗电流研究

随着红外探测器技术的发展,延长探测器的工作波长成为重要的发展方向之一。由于工作波长随x值的变化而带隙可调,碲镉汞材料得到了广泛应用。随着波长增长,暗电流成为限制红外探测器发展的主要因素。以12.5 μm碲镉汞长波红外探测器为例,通过仿真研究了工作温度和固定电荷对其暗电流的影响,并对77 K和60 K下不同种类的暗电流进行了分析。该研究使我们对12.5 μm探测器的暗电流具有更深入的了解,为提高12.5 μm探测器的制备水平提供了方向。     

红外光纤与1—3μm HgCdTe红外探测器组合

以红外光纤和ＨｇＣｄＴｅ探测器组合构成带尾纤的新型组合件，组合件给光学系统的设计和结构以更多的随意性，并能有效地减小杂散光的干扰，改善系统的信噪比。     

高温碲镉汞中波红外探测器的国内外进展

介绍了欧美发达国家在高工作温度碲镉汞中波红外探测器上的工艺技术路线及典型产品技术指标.对昆明物理研究所研制的基于标准n-on-p(Hg空位掺杂)工艺的中波640×512(15 μm)探测器进行了高工作温度性能测试,测试结果显示器件性能基本达到国外产品的同期研制水平.     

甚长波碲镉汞红外探测器的发展

天基红外技术对于远程弹道导弹防御具有重要作用.当飞来的导弹位于地球阴影区域时,作为背阳的结果,空间温度很低,导弹呈现为一个微弱的冷目标,峰值波长在甚长波红外(VLWIR,大于14μm)波段,这时就需要VLWIR探测器.VLWIR对于大面阵碲镉汞焦平面(FPA)器件的设计来说是一种非常具有挑战性的波段.它要求高均匀性、低缺陷率、高量子效率、低暗电流和低噪声.主要通过对近年来刊发的部分有关英语文献资料的归纳分析,介绍了有关VLWIR/MCT技术的发展状况,其中一个发展趋势是从n-on-p空位掺杂器件结构转向非本征掺杂p-on-n器件结构.     

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。     

As离子注入碲镉汞的p+n结红外探测器

讨论了制作pn结的另一种途径,即在n型HgCdTe材料上离子注入As+,然后通过辐射快速退火形成反型p+层来获得p+n结.通过对制作工艺及实验结果的讨论,阐述了两种制作pn结工艺的特点.实验表明,采用辐射快速退火工艺可以在短时间内完成对HgCdTe注入表面的缺陷退火和杂质激活,而不会改变HgCdTe 组份.已用此方法在注入As+的n型HgCdTe样片上制作出性能较好的p+n结光伏红外探测器.     

小型多元光导碲镉汞线列红外探测器组件

文章介绍了小型实用化长波光导碲镉汞线列红外探测器组件在华北光电技术研究所的发展近况，其制造技术和性能均得到显著的提高。     

碲镉汞红外探测器性能调控技术研究

对影响Hg_1-xCd_xTe红外探测器性能的不同调控技术——包括材料调控(组分及温度、掺杂浓度、压强及应力等对材料性能的调控)、器件结构调控(n-on-p、p-on-n、p-i-n、n-B-n等器件结构的调控)和工艺调控(各种工艺调控对材料制备和器件制备等的影响)等——进行了简单介绍,以合理调控器件性能、有效降低器件暗电流、提高器件工作温度等,从而促进Hg_1-xCd_xTe红外探测器在降低成本、减小功耗、提高可靠性等方面的发展。     

红外浸没探测器有效通光口径计算

给出了浸没探测器的有效通光口径计算式,包括透镜折射率n_1小于等于浸没介质折射率n_2(n_1≤n_2))和透镜折射率n_1大于浸没介质折射率n_2(n_1>n_2)两种情形。     

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。     

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。     

甚长波碲镉汞红外探测器制备研究

报道了碲镉汞甚长波红外焦平面探测器的最新研究进展。采用水平液相外延In掺杂和垂直液相外延Ａs掺杂技术生长了高质量的p on n型双层异质结材料。并通过提高材料质量将双层异质结材料的双晶衍射半峰宽控制在30 arcsec以内。基于台面器件加工、表侧壁钝化以及In柱互连工艺,制备了640×512,25μm碲镉汞甚长波红外焦平面器件。通过进一步优化了材料生长和芯片制备工艺,在65 K的工作温度下,该器件的截止波长为1435 μｍ,有效像元率为9806,平均峰值探测率为809×1010cm·Hz1/2·W-1。