盲元作为红外焦平面可靠性分析手段的探讨

红外焦平面器件广泛应用于国防安全、空间探测、环境监测、工业控制等各个领域,但是由于量少价高的特点,可靠性成为其技术发展的主要瓶颈之一。盲元是红外焦平面的失效像元,是对器件工作特性的反映,因此,可以用作可靠性评价和失效分析手段的重要参数。以出厂时间为界,将盲元分为初始盲元和使用盲元,并分析了其类型、性质、数量、位置及分布等方面的特征。根据红外焦平面器件结构特点,从探测器、互联铟柱和读出电路三个方面分析了盲元形成原因,全面探讨了盲元分析在研究器件损伤应力、失效位置、损伤机理上的应用,以及准确评价器件性能和提高盲元剔除精度的可行性,为器件结构的优化和工艺的改进提供了支撑。     

32×32甚长波红外HgCdTe焦平面器件

甚长波红外波段富含大气湿度、CO2含量及云层结构和温度轮廓等大量信息,是大气遥感的重要组成部分。设计了一种3232甚长波红外焦平面阵列,采用在ZnCdTe衬底上液相外延生长的As掺杂p型材料上进行B+离子注入形成光敏元,通过铟柱倒焊技术和带有改进型背景抑制结构的读出电路互联,制成截止波长达到14 m的焦平面器件。该红外焦平面器件像元面积为60 m60 m,工作温度在50 K温度下。测试结果显示:读出电路性能良好,焦平面黑体响应率达到1。35107V/W,峰值探测率为2。571010 cmHz1/2/W,响应率非均匀性约为45%,盲元率小于12%。     

具有记忆功能背景抑制结构的共享型读出电路

甚长波红外(VLWIR)波段富含大气湿度、CO2含量及云层结构和温度轮廓等大量信息,是大气遥感的重要组成部分。为了满足现阶段甚长波红外探测器对读出电路高注入效率、大动态范围、稳定的探测器偏压、长积分时间等需求,设计了一种具有记忆功能背景抑制结构的共享型读出电路。该电路采用22四个相邻的探测器像元共用一个读出电路单元的共享缓冲直接注入级(SBDI)结构,增大了单元电路的面积,在单元内实现了具有记忆功能背景抑制结构的设计,其总积分电容达到8.8 pF,有效延长了积分时间和红外焦平面的信噪比(SNR),并改善了动态范围和对比度。基于HHNEC CZ6H 0.35 m 1P4M标准CMOS工艺,完成了电路的流片制造。仿真及测试结果表明:在50 K温度下电路功能正常,其动态范围大于90 dB,线性度优于99.9%,积分时间可达74 s,达到了设计要求。该读出电路适用于甚长波红外探测器。