中波双色光伏型HgCdTe红外探测器模拟研究

基于二维数值模型,对光伏型中波(MW1/MW2)HgCdTe双色红外探测器作了模拟计算,器件采用n-p-p-p-n结构、同时工作模式.计算了双色器件光谱响应及量子效率,重点分析了两个波段间的信号串音问题,以及高组分势垒层的作用.模拟结果显示,MW1(中波1,波长较短)对MW2(中波2,波长较长)的串音是辐射透过MW1区在MW2区中吸收引起的,串音与光吸收比近似成正比,而载流子扩散效应可以忽略不计.高组分阻挡层对载流子扩散引起的串音有显著的抑制作用,如果没有势垒层,载流子扩散引起的串音十分明显,甚至成为串音的主导因素.对于60×60μm2探测单元MW1和MW2的结电容大约为1.75pF/pixel.     

热电制冷HgCdTe中波红外探测器的研制

利用碲镉汞(HgCdTe)体晶材料,采用HgCdTe材料拼接技术、磨抛技术等成熟的探测器芯片制备工艺以及三级热电制冷技术,设计并研制出了热电制冷型13元HgCdTe中波红外光导探测器.在-50℃时,峰值电压响应率可达2.7×104 V/W,峰值探测率达到2.3×1010 cm·Hz1/2·W-1,响应波段在3.0~4.6μm之间,峰值响应波长为4.2μm.     

多元多色HgCdTe红外探测器

简要介绍利用不同波段的微型滤光片和不同响应波段的多元ＨｇＣｄＴｅ红外探测器,叙述了通过精密镶嵌技术组合而成的四波段２１５～２２５μｍ、８４～８９μｍ、１０３～１１３μｍ和１１５～１２５μｍ８８元多元多色探测器的设计原理和特性,以及多元多色探测器的组合工艺,并给出了各个通道的响应光谱特性和探测器的工作性能。研制成功的８８元多色红外探测器每个通道的平均探测率和响应率分别为：Ｄ２．１５～２．２５＝１．２×１０１２ｃｍＨｚ１／２／Ｗ和Ｒ２．１５～２．２５＝５．０×１０６Ｖ／Ｗ,Ｄ８．４～８．９＝７．０×１０１０ｃｍＨｚ１／２／Ｗ和Ｒ８．４～８．９＝１．６×１０４Ｖ／Ｗ,Ｄ１０．３～１１．３＝４．０×１０１０ｃｍＨｚ１／２／Ｗ和Ｒ１０．３～１１．３＝４．３×１０３Ｖ／Ｗ,Ｄ１１．５～１２．５＝３．０×１０１０ｃｍＨｚ１／２／Ｗ和Ｒ１１．５～１２．５＝３．３×１０３Ｖ／Ｗ,文中对这些结果进行了分析和讨论。     

非制冷势垒型InAsSb基高速中波红外探测器

高速响应的中波红外探测器在自由空间光通信和频率梳光谱学等新兴领域的需求逐渐增加。中长波XB_nn势垒型红外光探测器对暗电流等散粒噪声具有显著抑制作用。本文在GaSb衬底上采用分子束外延技术生长了nBn和pBn两种结构的InAsSb/AlAsSb/AlSb中波红外光探测器材料,并通过微纳加工工艺制备了可用于射频响应特性测试的GSG结构探测器。XRD和AFM的测试结果表明,两种结构的外延片都具有较好的晶体质量。器件暗电流测试结果表明,相较于nBn器件,在室温和反向偏压400 mV的工作条件下,直径90 μm的pBn器件表现出更低的暗电流密度0.145 A/cm2,说明该器件在室温非制冷环境下表现出较低的噪声水平。不同台面直径的探测器的暗电流测试表明,pBn器件的表面电阻率低于对照的nBn器件的表面电阻率。另外,根据探测器的电容测试结果,可零偏压工作的pBn探测器具有完全耗尽的势垒层和部分耗尽的吸收区,nBn的吸收区也存在部分耗尽。探测器的射频响应特性表明,直径90 μm的pBn器件的响应速度在室温和3 V反向偏压下可达2.62 GHz,对照的nBn器件的响应速度仅为2.02 GHz,响应速度提升了29.7%,初步实现了在中红外波段下可快速探测的室温非制冷势垒型光电探测器。     

红外探测器材料和HgCdTe材料的发展现状

简要介绍了主要的红外探测器材料,包括半导体光电探测器材料,热释电材料和热敏电阻材料,回顾了ＨｇＣｄＴｅ材料的发展历史和现状,液相外延,分子束外延和金属有机物汽相外延是目前生长ＨｇＣｄＴｅ薄膜的３种主要技术,作者认为,薄膜材料是今后红外探测器材料的主要研究课题。     

采用叠盖电极的高性能光导HgCdTe红外探测器

介绍叠盖电极探测器的物理机理和结构，与标准结构探测器比较，其响应率和黑体探测率均有大的增长，实验结果表明响应率增长约１倍，赤体探测率增主３０％。无需改变现有工艺，成功制备实用工程探测器，性能明显提高。     

非制冷红外焦平面探测器研究进展与趋势

描述了国外高光谱红外焦平面探测器组件的发展状况和工程应用情况,并介绍了国内高光谱红外焦平面探测器组件的研究进展。通过分析高光谱红外焦平面探测器的性能特点,提出了高光谱红外焦平面探测器方面的研究重点。     

碲镉汞高温中波红外探测器的制备研究

采用CdTe/ZnS双层钝化工艺制备了640×512@15 μm碲镉汞中波探测器。研究了退火温度对CdTe/MCT界面及CdTe钝化膜质量的影响。经测试表明:本公司制备的碲镉汞HOT中波探测器可以在125 K稳定工作,但与国外的先进技术相比仍存在差距,需要在MCT材料改进和器件加工工艺上继续深入研究,才能提高探测器的工作温度和稳定性。     

中波10 μm小间距原位集成微透镜技术

原位集成微透镜能够在不改变封装结构的情况下,实现对入射光的汇聚效果,有效提升信号并降低串音,对于中波10μm小间距碲镉汞焦平面探测器的性能提升具有重要意义.本文设计并制备出了10μm小间距原位集成微透镜,成功实现了信号增强效果,器件的噪声等效温差(NETD)得到有效降低.     

Fabrication of high-performance large-format MWIR focal plane arrays from MBE-grown HgCdTe on 4″ silicon substrates

We have developed the capability to grow HgCdTe mid-wave infrared radiation double-layer heterojunctions (MWIR DLHJs) on 4″ Si wafers by molecular beam epitaxy (MBE), and fabricate devices from these wafers that are comparable to those produced by mature technologies. Test data show that the detectors, which range in cutoff wavelength over 4–7 μm, are comparable to the trendline performance of liquid phase epitaxy (LPE)-grown material. The spectral characteristics are similar, with a slight decrease in quantum efficiency attributable to the Si substrate. With respect to R₀A, the HgCdTe/Si devices are closer to the theoretical radiative-limit than LPE-grown detectors. Known defect densities in the material have been correlated to device performance through a simple model. Slight 1/f noise increases were measured in comparison to the LPE material, but the observed levels are not sufficient to significantly degrade focal plane array (FPA) performance. In addition to discrete detectors, two FPA formats were fabricated. 128×128 FPAs show MWIR sensitivity comparable to mature InSb technology, with pixel operability values in excess of 99%. A 640×480 FPA further demonstrates the high-sensitivity and high-operability capabilities of this material.     

中红外激光对红外导引头干扰试验研究

在实验室环境下完成了中红外激光对正交四元和凝视成像型两种红外导引头的干扰试验,验证了不同干扰方式对不同探测体制导引头的干扰效果,分析、总结了实现有效干扰的条件。     

中波红外量子点材料与探测器研究进展

量子点（Quantum dots,QDs）由于本身所具有的量子限域效应、尺寸效应和表面效应等各种特性,被广泛应用于光电探测、生物医学、新能源等方面。而中波红外（Mid-wave infrared,MWIR）量子点作为近年来红外领域的研究热点,通过调整控制其尺寸的大小,能够扩展其红外吸收波长。因此,成功制备中波红外量子点材料和器件对红外成像、红外制导和搜索跟踪等方面有着重要意义。本文首先介绍了HgSe、HgTe、PbSe、Ag₂Se和HgCdTe五种中波红外量子点材料制备合成技术,分析了量子点的尺寸形貌、晶格条纹以及红外吸收光谱等特性,然后对国内外中波红外量子点探测器进行了归纳总结,概述了探测器的器件结构、制备方法,并对器件的响应率、探测率以及响应时间等光电性能参数进行了对比分析。最后,对中波红外量子点的发展进行了展望。     

中红外激光对红外探测系统的干扰试验研究

通过在实验室利用中红外激光干扰红外探测系统获得的数据表明,当入射到探测器上的激光功率密度达到8.15 W/cm2时,可以实现对红外探测器的串扰,当功率密度达到1.63×102 W/cm2时,实现全屏饱和.在饱和串扰过程中,跟踪目标丢失,实现了对红外探测系统的干扰.     

HgCdTe detectors operating above 200 K

This paper reports progress with work aimed at using HgCdTe detector arrays at temperatures above 200 K where cooling is possible with thermo-electric coolers. Both theoretical analysis and calculations based on the detector dark currents indicate that useful performance should be obtainable in this temperature range. However, measurements on the performance of two-dimensional arrays show that the thermal sensitivity degrades rapidly for temperatures above 200 K. The reduction in performance at higher temperatures is shown to be mainly due to increasing 1/f noise as the temperature increases. The noise is characterized as a function of bias and temperature and this is used to predict the noise equivalent temperature difference (NETD) as a function of temperature. We describe an approach for producing two-dimensional arrays based on biasing the detector elements at close to zero bias so that the 1/f noise is minimized. A camera based on this concept is described and an example of the imaging performance is shown.     

中波红外土壤含水量的光谱偏振特性

考虑到中波红外偏振遥感受大气干扰影响较弱,将其应用于土壤含水量监测具有独特的优势和重要意义。采用中波红外光谱偏振探测手段,对不同含水量的土壤表面进行了观测,结果表明,含水土壤表面自身热辐射的偏振特性很弱,其偏振特性主要是由太阳光反射所引起,并在太阳光较强的波段上,土壤表面的偏振度与土壤含水量存在单调递增关系,为土壤含水量的航空和卫星中波红外偏振遥感技术发展提供了科学依据。     

双色中波红外成像融合技术的研究进展

双色中波红外成像是红外多波段探测研究的重要分支,以双色中波成像及其图像处理为线索,按照“探测—成像—融合”的思路,从双色中波探测器研制、探测成像应用、成像特性分析和图像融合4个方面分析了双色中波红外成像融合技术的研究现状,指出了双色中波图像融合研究中存在的问题及其原因,提出了在双色中波红外图像差异特征形成机理研究基础上,探索差异特征驱动的多级融合方法、融合工程化及建立新的图像融合评价方法的发展思路.     

512×8像素级数字化长波红外探测器研究

像素级数字化红外探测器具有更高的性能水平和更强的抗干扰能力,是红外探测器技术发展的重要方向之一。通过突破像素级数字化读出电路设计、低峰谷碲镉汞材料外延、器件制备工艺以及倒装互连等关键技术,研制出了一种512×8像素级数字化长波红外探测器组件,并对其性能进行了测试。此探测器的响应波段为7.85～10.17 μm,平均峰值响应率为1.4×10¹¹ LSB/W,响应率非均匀性为9.13%,有效像元率为97.5%,噪声等效温差(Noise Equivalent Temperature Difference, NETD)为4.4 mK,动态范围为90.6 dB。测试结果表明,该探测器能够满足系统要求。