红外焦平面探测器的暗电流测试分析及性能研究

针对碲镉汞红外焦平面探测器,研究了两种暗电流测试方法。降低暗电流直接关系到探测器的信噪比。对所研制的碲镉汞光伏探测器在工作条件下的暗电流大小进行了测试分析。通过对比多组测试结果发现,工作温度及工艺对暗电流具有不同程度的影响。该研究为以后改进工艺和提高探测器性能及筛选效率提供了理论依据。     

垂直p-n结的碲镉汞光伏探测器暗电流特性分析

如何提高碲镉汞焦平面探测器的制备工艺,降低暗电流直接关系到探测器的噪声和灵敏度。本文对所研制的垂直结碲镉汞光伏探测器在工作条件下的暗电流大小和构成机制进行了模拟分析,理论计算结果和实验结果吻合很好。分析结果进一步反馈了工艺中存在的问题,这对改进工艺、提高器件性能有重要的理论指导作用。     

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。     

分子束外延碲镉汞探测器的变结面积I-V测试研究

碲镉汞红外探测器的表面钝化处理对器件暗电流有较大影响,决定了器件的探测性能。为了研究表面钝化层不同生长方式对暗电流的抑制效果,使用分子束外延(Molecular Beam Epitaxy, MBE)系统在Si基衬底上生长碲镉汞材料,分别通过磁控溅射和原位钝化方法生长CdTe/ZnS钝化膜层。采用半导体工艺在碲镉汞材料上制备了变面积光伏探测器。通过测试不同钝化膜层器件的暗电流,分析零偏电阻和面积乘积(R₀A)与周长面积之比(p/A)的关系。结果表明,磁控溅射生长钝化层的Si基碲镉汞器件存在较大的隧穿电流,而原位钝化生长钝化层的Si基碲镉汞器件能更有效地抑制表面漏电流。拟合器件R₀A因子随PN结面积的变化,得出原位生长钝化层的器件具有更好的钝化效果。变面积器件的制备和测试能够有效且直观地反映器件性能。     

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。     

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。     

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。     

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。     

碲镉汞p-on-n长波异质结探测器材料的制备研究

报道了碲镉汞p+-on-n长波双层异质结材料和异质结台面器件的研究结果,重点研究了p+-on-n型双层异质结材料制备技术。通过水平滑舟富碲液相外延生长的方法在碲锌镉衬底上原位生长In掺杂碲镉汞n型吸收层材料,然后再采用富汞垂直液相外延技术制备p型As原位掺杂的碲镉汞cap层材料,从而获得p+-on-n型双层异质结材料,并通过湿法腐蚀、台面刻蚀以及钝化等工艺得到碲镉汞 p+-on-n长波异质结台面型器件。p+-on-n异质结器件结构可以有效克服少子寿命偏低等问题,在长波及甚长波波段具有更低的暗电流和更高的R0A值,这对于解决目前长波碲镉汞红外探测器暗电流大、结阻抗低的问题,提高长波及甚长波波段碲镉汞红外焦平面器件的性能具有重要的意义。     

长波碲镉汞探测器RV特性分析

对硼离子注入制备的N on P平面结长波碲镉汞探测器的RV曲线进行分析,研究不同偏压下暗电流机制,提取得到探测器的电学参数及理想因子,表明为提升器件性能,需要对探测器的陷阱辅助隧穿电流及产生复合电流进行抑制。通过对长波碲镉汞探测器RV曲线的拟合分析,表明RV拟合技术作为一种有效的分析方法,可用于评估器件性能和工艺状态,并指导工艺改进。     

Au掺杂碲镉汞长波探测器技术研究

昆明物理研究所多年来持续开展了对Au掺杂碲镉汞材料、器件结构设计、可重复的工艺开发等研究,突破了Au掺杂碲镉汞材料电学可控掺杂、器件暗电流控制等关键技术,将n-on-p型碲镉汞长波器件品质因子(R₀A)从31.3Ω·cm²提升到了363Ω·cm²(λcutoff=10.5μm@80 K),器件暗电流较本征汞空位n-on-p型器件降低了一个数量级以上。研制的非本征Au掺杂长波探测器经历了超过7年的时间贮存,性能无明显变化,显示了良好的长期稳定性。基于Au掺杂碲镉汞探测器技术,昆明物理研究所实现了256×256 (30μm pitch)、640×512 (25μm pitch)、640×512 (15μm pitch)、1 024×768 (10μm pitch)等规格的长波探测器研制和批量能力,实现了非本征Au掺杂长波碲镉汞器件系列化发展。     

As注入长波碲镉汞红外探测器工艺研究

p-on-n结构的碲镉汞红外探测器具有长的少子寿命、低暗电流、高R0A值等优点,是高温器件、长波甚长波器件发展的重要器件结构.而国内还鲜有砷注入掺杂p-on-n长波HgCdTe探测器的相关报道,为了满足军事、航天等领域对高性能长波探测器迫切的应用需求,针对As离子注入的长波p-on-n碲镉汞红外探测器退火工艺技术进行研...     

γ辐照导致中波碲镉汞光伏器件暗电流退化的机理研究

针对红外探测器在空间应用中受到高能粒子辐照后暗电流退化的问题,开展射线对中波碲镉汞（HgCdTe）光伏器件暗电流影响的研究。在室温和77 K温度下,利用60Co-射线对HgCdTe器件进行辐照试验,辐照试验结束后对低温辐照器件进行77 K低温退火和室温退火。通过比较辐照前后和退火后器件的I-V特性、R-V特性和零偏动态电阻R0参数,分析了辐照对HgCdTe器件暗电流的影响机制。试验结果表明:在总剂量为7 Mrad（Si）照条件下,器件暗电流未出现明显的退化;在77 K温度辐照条件下,器件暗电流随着总剂量的增加而增加,且暗电流退化幅度与辐照过程中的偏置有关。研究表明暗电流的退化源于辐照在器件中造成电离损伤,导致器件HgCdTe化层中的界面态和空穴陷阱电荷密度增加。     

碲镉汞光伏型探测器的氢化处理研究

利用氢等离子体方法研究了氢化处理对碲镉汞光伏型红外探测器性能的影响,发现对ZnS介质层钝化的器件进行氢化处理后,器件的信噪比和零偏电阻有显著的改善.通过采取在氢化过程中进行光刻胶保护的方法,发现氢化作用主要发生在注入区域之外的P区一侧;通过SIMS测试分析发现氢化过程中H离子可以穿过ZnS层到达ZnS与碲镉汞的界面处.分析认为氢离子对ZnS和碲镉汞的界面产生钝化,降低了界面态密度,减弱了P型区的表面漏电,提高了PN结的击穿电压和结电阻,从而改善了器件的性能.     

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。     

碲镉汞器件空间辐射损伤研究的进展

碲镉汞(MCT)红外探测器在天基平台中的应用正在逐渐增多,运行于空间辐射环境这一特点给其功能实现带来了挑战.MCT器件的独特性质要求人们对空间辐射效应给予特别考虑.目前,通过利用CdTe钝化MCT探测器技术,器件的总剂量脆弱性问题已经得到解决.随着材料质量的改进(例如通过降低原生缺陷浓度),MCT器件更容易受到位移损伤...     

第二届全国先进焦平面技术研讨会论文摘要

碲镉汞二极管暗电流特性拟合参数的误差分析模型全知觉,李志锋,胡伟达,叶振华,陆卫(中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室,上海200083)摘要:介绍了一种分析光伏型碲镉汞器件拟合参数误差的理论模型。该模型适用于任何结构的碲镉汞同质材料形成的p-n结型光伏器件。本文以n-on-p型器件为例,详细完整地展示了该理论模型的推导和建立过程。涉及的暗电流物理模型包括了扩散电流机制、产生复合电流机制、陷阱辅助隧穿机制以及带到带直接隧穿电流机制,同时也考虑了实际器件的串联电阻效应。对真实器件拟合分析的结果表明,该模型能定…     

碲镉汞红外探测器电极接触研究北大核心CSCD

金属/碲镉汞电极接触是红外焦平面探测器的重要组成部分,对器件的性能与稳定性影响较大。然而在碲镉汞金属化过程中,金属离子能量较高将有可能对碲镉汞表面造成损伤。本文采用了离子束沉积系统生长金属电极,探究了束流、束压以及热处理等条件对碲镉汞红外探测器接触性能的影响。研究表明,碲镉汞在生长电极后表面会受到一定程度的损伤;随着离子能量的升高,对材料表面损伤加剧。在I-V曲线中,电极沉积损伤较大的器件表现出软击穿现象;在热处理后,在一定程度上可以修复电极沉积时能量过大造成的损伤,提高了电极接触性能。     

不同结构的碲镉汞长波光伏探测器的暗电流研究

摘要对B^ 注入的n-on-p平面结和分子束外延(MBE)技术原位铟掺杂的n-on-p台面异质结的碲镉汞(HgCdTe)长波光伏探测器暗电流进行了对比分析．与n-on-p平面结器件相比，原位掺杂的n-on-p台面异质结器件得到较高的零偏动态阻抗一面积值(RoA)．通过与实验数据拟合，从理论上计算了这两种结构的器件在不同温度下的RoA和在不同偏压下的暗电流，得到一些相关的材料和器件性能参数．     

子像元结构碲镉汞光伏器件暗电流特性的研究

针对碲镉汞光伏器件的暗电流随着物理面积增大而急剧增加,研究了子像元结构在降低大面积短波碲镉汞光伏器件暗电流方面的有效性。发现子像元结构在室温下相比常规结构可以有效降低器件的暗电流,但当温度降到180 K时,常规结构器件反而具有最小的暗电流,经过分析认为是子像元边界处引入的表面漏电所致。如果器件的表面态密度和表面固定电荷过多,会使得子像元边界在低温下引入表面隧穿电流和表面欧姆电流,这些与边界有关的表面漏电会成为低温下暗电流的主要成分,从而使子像元结构失去降低器件暗电流的优势。文章中同时给出了低温下子像元结构可以有效降低器件暗电流的条件,并针对不同的子像元结构,提出了漏电体积这一参量来评价不同结构子像元降低器件暗电流的效果。