国外量子阱红外焦平面探测器的发展概况

以GaAs／A1GaAs为代表的Ⅲ-Ⅴ量子阱红外焦平面探测器因其成熟的材料生长和器件工艺技术,一直是与传统的HgCdTe红外探测器并驾齐驱的红外探测器。近十年来随着对器件结构、机理及器件工艺的不断改进,大面阵Ⅲ-Ⅴ量子阱红外焦平面器件发展显著。本文介绍了量子阱红外焦平面探测器的优越性及存在的问题,当前欧美国家量子阱红外焦平面探测器的最新研究发展、产品现状及应用前景。     

《红外技术》第24卷(2002年)总目次索引

题目作者期次页码▲综述与评论▲新型热红外伪装体系李晓霞 ,张胜虎 ,凌永顺等 14 2迈向新世纪的智能化红外成像寻的制导技术刘永昌 ,吴　鹏 ,张　黎 2 1对中波与长波红外焦平面热成像的一些探讨吴　诚 ,苏君红 ,潘顺臣等 2 6夜视图像的彩色焦平面融合方法综述王岭雪 ,金伟其 ,刘广荣等 2 9红外焦平面探测器在导弹导引头上的应用汤锦亚 ,仇　力 2 14微透镜及其应用简介孔令彬 ,易新建 ,申毕红等 2 18制冷弹头的红外隐身效果研究杨　华 ,凌永顺 ,杜为民等 2 2 2红外焦平面探测器黑体探测率Ｄ*ｂｂ的一些问题的讨论 顾伯奇 ,康　蓉 3 1低发射…     

长波640×512元GaAs/AlGaAs量子阱红外焦平面探测器的研制

量子阱红外探测器由于具有更高的材料均匀性和成品率,是红外探测技术研究的重点方向之一。本文通过突破材料外延、器件制备工艺、读出电路设计以及倒装互连等关键工艺技术,研制了长波640×512元GaAs/AlGaAs量子阱红外焦平面探测器。77 K下,器件的平均黑体响应率Rv为1.4×107 V/W,峰值探测率Dλ*为6.2×109 cm Hz1/2W-1,器件的盲元率达到了0.87％,响应率不均匀性5.8%,并在77 K下对探测器进行成像演示。     

短波红外焦平面探测器及其应用进展

简要介绍短波红外焦平面阵列(SWIRFPA)的相关概念,从探测器材料、探测器制备工艺方面讲述国内外在短波红外焦平面探测器研究领域取得的进展,列举HgCdTe和InGaAs材料短波红外焦平面探测器产品,描述当前短波红外焦平面探测器的研究动向,最后列举了一些有代表性的短波红外焦平面阵列的应用.     

InAs/GaSb二类超晶格中/短波双色红外焦平面探测器

InAs/GaSb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。开展了InAs/GaSb二类超晶格中/短波双色焦平面探测器器件结构设计、材料外延、芯片制备,对钝化方法进行了研究,制备出性能优良的320256双色焦平面探测器。首先以双色叠层背靠背二极管电压选择结构作为基本结构,设计了中/短波双色芯片结构,然后采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。采用硫化与SiO2复合钝化方法,最终制备的器件在77 K下中波二极管的RA值达到13.6 kcm2,短波达到538 kcm2。光谱响应特性表明短波响应波段为1.7~3 m,中波为3~5 m。双色峰值探测率达到中波3.71011 cmHz1/2W-1以上,短波2.21011 cmHz1/2W-1以上。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%。     

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。     

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...     

大面阵短波碲镉汞红外焦平面器件研究

随着红外焦平面技术的发展,大面阵红外焦平面器件在遥感、气象、资源普查和高分辨对地观测卫星上得到了广泛应用。因此,基于第三代红外焦平面技术的超大规模焦平面器件成为国内外研究热点。文中介绍了昆明物理研究所采用n-on-p技术路线成功研制的短波（Short Wave, SW） 2 k×2 k（18 μm,像元中心距）碲镉汞红外焦平面器件。短波2 k×2 k碲镉汞红外焦平面器件突破了大尺寸碲锌镉（CdZnTe）衬底制备和大面积液相外延薄膜材料生长技术,衬底尺寸由Φ75 mm增加到Φ90 mm,获得了高度均匀的大面积碲镉汞（HgCdTe）薄膜材料。通过大面阵器件工艺、大面阵倒装互连等技术攻关,最终获得了有效像元率大于99.9%、平均峰值探测率(D*)大于4×1012 (cm·Hz1/2)/W、暗电流密度在1 nA/cm2的高性能短波2 k×2 k（18 μm）碲镉汞红外焦平面器件。     

InAs/GaSb台面结型器件制备工艺技术研究

随着红外探测技术的不断进步,第三代红外探测器的发展需求日渐明晰。由于带间跃迁工作原理、暗电流抑制效应以及成熟的材料制备技术基础等因素,InAs/GaSb超晶格材料已经成为了第三代红外焦平面探测器的首选制备材料。基于InAs/GaSb超晶格材料的台面结型焦平面器件制备方法主要包括湿法腐蚀技术、干法刻蚀技术以及干湿法结合技术。从文献调研结果来看,湿法腐蚀技术和干法刻蚀技术各有优缺点。湿法腐蚀技术适用于单元以及少像元面阵的制备,其中磷酸系腐蚀液的腐蚀效果最佳;干法刻蚀技术适用于大面阵、小尺寸焦平面阵列的制备,几种氯基刻蚀气体体系以及氯基与甲烷基组合的刻蚀气体体系都表现出了不错的刻蚀效果;干湿法结合技术在干法刻蚀后引入湿法腐蚀工艺以进一步消除刻蚀损伤,从而提高器件性能。对以上三种技术方案进行了介绍和分析。     

高工作温度中波红外碲镉汞焦平面研究

该文报道了昆明物理研究所高工作温度中波红外碲镉汞焦平面探测器器件的研究情况。通过优化焦平面器件结构参数,采用As离子注入形成p-on-n平面结器件技术,在液相外延生长的高质量原位In掺杂的碲镉汞薄膜上制备了阵列规格为640×512@15μm的中波红外焦平面探测器。利用变温杜瓦测试了焦平面芯片在不同工作温度下的光谱响应、器件暗电流、噪声等效温差、有效像元率以及盲元分布等,测试结果表明器件具备180K以上工作温度的能力。     

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。     

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.     

红外焦平面器件的研制与展望

从焦平面器件研制的角度出发，分析了焦平面技术的现状和发展趋势，认为红外焦平面的难点在于大规模，高均匀性，高性能的红外探测器阵列的制造，同时强调了材料，杜瓦瓶，致冷器，读出电路等关键技术在加速焦平面器件研制中所起的重要作用。     

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.     

用Si作衬底的碲镉汞分子束外延研究

1引言 碲镉汞(Hg1-xCdxTe)三元合金化合物半导体是一种重要的红外探测器材料.通过调节其组分x值的大小,可以连续改变其禁带宽度(从0eV～1.6eV),从而获得几乎覆盖整个红外区域的响应波长.现在,用碲镉汞制备的红外探测器在军事、民用等领域已经得到了广泛的应用.从20世纪70年代末第一代红外探测器的出现到现在的大规模红外焦平面器件的研制成功,都说明高性能器件的制备需要高质量、大面积、组分均匀的碲镉汞材料.与其他外延技术相比,分子束外延技术在表面型貌的质量、组分厚度均匀性上具有独到的优势[1].     

硅基非致冷混合式焦平面探测器阵列研究

本文报道一种32×48元高灵敏非致冷混合式焦平面探测器厚膜阵列.提出了一种采用掺杂钛酸锶钡厚膜作为敏感材料的硅基微机械加工电容式红外探测器像元结构,对其工作原理、器件性能优化设计与制作工艺流程进行了分析,得出了优化的结构参数.分析了影响器件性能的关键因素,给出了器件所用铁电材料的基本物理和电学特性参数以及器件的热隔离技术和相应参数.本结构的像元电容值增量接近相同敏感面的体材料红外探测器,减小了像元与衬底电极引线的寄生电容.采用这种结构的红外探测器阵列对电路的精度要求低,便于研制集成电路.该红外探测器阵列结构的设计思路,符合大阵列红外焦平面像元结构设计的发展趋势,为开展非致冷红外焦平面阵列探测器研究奠定了基础.     

Si基InSb红外焦平面阵列探测器的研究

针对InSb 红外焦平面芯片中InSb 与Si 读出电路热膨胀系数不匹配导致芯片龟裂及铟柱断裂现象,开展了Si基InSb 红外焦平面探测器（FPA）的研究。运用磨抛减薄技术及金刚石点切削技术对芯片背面进行精确减薄,得到厚度为15m的InSb芯片;研究了在InSb芯片和Si片上溅射及蒸发减反膜工艺,得到InSb芯片和Si片粘贴后红外中短波光谱的透过率高达88%;对器件的整体工艺路线进行了探索,最终制备出Si基128128元InSb 红外焦平面探测器器件,测试结果表明:器件探测率、响应率及串音等性能指标达到传统工艺制备的器件性能指标;经温冲试验后测试器件结构保持完好,性能未发生变化,证明该工艺路线可解决芯片受应力冲击而产生的铟柱断裂及芯片龟裂的现象,可有效提高InSb焦平面探测器芯片的成品率。     

基于热扩散制备平面PN结InSb红外焦平面芯片

研究了一种基于在锑化铟衬底材料上以热扩散工艺制备平面PN结的红外焦平面阵列(IRFPA)探测器芯片结构及其工艺流程。根据锑化铟材料的特性设计了新的焦平面器件制备流程,选择了等离子增强化学气相淀积(PECVD)淀积的非晶氧化硅(SiO2)、氮氧化硅(SiON)薄膜作为扩散工艺中的掩膜材料。在此基础上制备出了具有较好的I-V特性曲线的焦平面芯片。     

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%。     

长波红外2048元线列碲镉汞焦平面器件

介绍了长波红外2048元线列碲镉汞焦平面器件的制备技术和达到的性能参数.探测器采用离子注入平面pn结制备光敏元,通过间接倒焊技术和读出电路互联,采用8个256元焦平面模块拼接2048元线列焦平面器件.光敏元的响应截止波长达到9.9μm,相应的RoA达到10Ωcm2,平均峰值探测率达到9.3×1010cmHz1/2 W-1,响应不均匀性为8%,有效光敏元率大干99.5%.