基于VO_2薄膜非致冷红外探测器性能研究

用微电子工艺制备了 V O2 溅射薄膜红外探测器 ,在 2 96 K的环境温度中测试了该探测器对 8- 12 μm红外辐射的黑体响应率和噪声电压 ,结果显示该探测器在调制频率为 30 Hz时可以实现探测率 D*=1.89× 10 8cm H z1 /2W- 1 ,热时间常数 τ=0 .0 11s的非致冷红外探测     

基于VO2薄膜非致冷红外探测器性能研究

用微电子工艺制备了VO     

YBCO薄膜红外探测器研究的新进展

用ＹＢＣＯ／ＬａＡｌＯ＿３薄膜制成的１ｍｍ红外探测器，经技术保护之后，寿命已达３年。其Ｄ（５００，１０，１）＝３．７×１０￣９ｃｍＨｚ￣（１／２）Ｗ￣（－１），ＮＥＰ（５００，１０，１）＝２．４×１０￣（－１１）ＷＨｚ￣（－１／２）；超导微桥（５０μｍ×１０μｍ）红外探测器，其Ｄ（５００，１０，１）＝１×１０￣９ｃｍＨｚ￣（１／２）Ｗ￣（－１），ＮＥＰ（５００，１０，１）＝２．３×１０￣（－１２）ＷＨｚ￣（－１／２）。     

薄膜红外探测器的研究

介绍了薄膜热电偶探测器的研究,讨论了薄膜热电偶探测器的结构对探测器响应特性的影响.     

磁控溅射纳米VO_2（B相）热敏薄膜的制备

利用磁控反应溅射镀膜方法在低温（250℃）条件下制备了主要成分为B相亚稳态二氧化钒（VO2）的薄膜材料。电学性能测试表明：室温下该薄膜的方块电阻为50kΩ左右,电阻温度系数为-2.4%/K,可以作为非致冷红外微测热辐射热计的热敏材料。     

室温红外探测用非晶Ti薄膜的制备及表征

采用快速蒸发并冷却衬底的方法,在不同衬底结构上制备出了电阻温度系数(TCR)优于O.25%的红外探测用非晶Ti薄膜.通过表征分析了氧对薄膜电阻影响,以及组分对其性能的影响.研究表明,Ti薄膜有较强吸附氧能力,低价态的Ti利于红外探测.提出采用保护层和非氧硅化物牺牲层以提高薄膜探测能力.

Abstract：

Amorphous Ti films for uncooled infrared detectors with the TCR overmatch of 0.25% were successfully prepared on different structural substrates by the method of quickly evaporating and cooling the substrates.The effects of oxygen on the resistance of films and that of components on performance are characterized.The experimental results show that Ti with lower valence is better for uncooled infrared detectors.It is proposed that the protecting layer and the sacrificial layer with non-oxidative silicide can be applied to improve the detectivity.     

高温超导红外探测器的研制

用在两种衬底(SrTiO_3和LaAlO_3)上生长的YBa_2Cu_3O_(7-x)。薄膜制成高灵敏的热敏型高温超导红外探测器。经500K标准黑体的测量,在10Hz调制频率时,以SrTiO_3为衬底的器件,D~*(500,10,1)达8.2×10~8cm·Hz~(1/2)/W,NEP(500,10,1)达1.6×10~(10)W/Hz~(1/2);以LaAlO_3为衬底的器件,NEP(500,10,1)达10~(-11)W/Hz~(1/2)。还测量并分析了D~*和NEP随频率的变化和噪声频谱。     

微测辐射热计阵列结构的制备

为了研究和优化二氧化钒（VO2）微测辐射热计的制备工艺,采用微电子机械系统（MEMS）体硅工艺制备了VO2微测辐射热计,经过研究和改进制备工艺,制得的微测辐射热计结构稳定,成品率高;经测试及计算,其响应率可达34.3kV/W,探测率为1.2×10^8cm.Hz1/2/W,响应时间约为65.3ms。此器件性能达到国内外同类器件水平。     

国外非制冷红外焦平面阵列探测器进展

非制冷红外焦平面阵列探测器是目前发展最为迅速的红外探测器种类之一,并已广泛渗透到军事和民事应用中.本文重点阐述几种国外具有代表性的非制冷红外焦平面探测器的现状及其发展趋势.     

红外激光辐照下光电探测器光谱响应度的研究

响应度R是反映探测器性能的一项重要指标.当光电探测器被激光损伤后,其响应度R将会下降.文中探讨了强激光对光电探测器的损伤机理,对不同功率密度强激光作用下探测器的光谱进行了测量,研究了探测器在强激光辐照下探测器响应度变化规律.对光电对抗以及光电探测器的抗激光损伤研究具有一定的参考价值.     

基于CMOS的高响应度太赫兹探测器线阵

本文提出了一种基于CMOS 0.18μm工艺的改进型高响应度太赫兹探测器线阵,各探测像素单元由高增益片上天线、高耦合度差分自混频功率探测电路和集成电压放大器组成。其中,差分探测电路利用源极差分驱动场效应管的交叉耦合电容,将太赫兹差分信号耦合至场效应管的栅极与源极,增强场效应管沟道内自混频太赫兹信号的强度,实现高响应度。其次,该探测器配备高增益片上环形差分天线与集成电压放大器,可有效放大混频后的信号,进而提高系统信噪比,最终达到增强探测器响应度的目的。探测器1×3线阵系统充分利用CMOS工艺多层结构的特点,将电压放大器布置在天线地平面下方,提高了芯片面积的利用率,有效降低了制作成本,整个系统的面积为0.5 mm²。测试结果表明,当场效应管的栅极偏置为0.42 V时,该探测系统对0.3 THz辐射信号的电压响应度(Rv)最大可达到43.8 kV/W,对应的最小噪声等效功率(NEP)为20.5 pW/Hz^1/2。动态测试结果显示该探测器可对不同材质的隔挡物进行区分。     

Improvement of responsivity of high-speed infrared detector using hot carriers in semiconductors

A room temperature, high-speed and high-sensitive infrared hot carrier detector using p-type Ge has been investigated at 10.6 μm. The detector is composed of a whisker antenna and a diode contact forming an ohmic contact on p-type Ge. This detector has the merit that one can easily have impedance matching between the antenna and the diode contact without any matching section, so that high sensitivity can be obtained. A voltage sensitivity 16 dB higher than that of metal-insulator-metal (MIM) point contact diode has been observed from this detector.     

基于Au/VO2纳米结构的可调控红外吸收器设计

设计了一种Au/VO_2周期性方形孔洞阵列结构的红外吸收器,利用时域有限差分法研究了吸收器的结构参数对吸收光谱的影响,优选出VO_2和Au膜层厚度分别为140 nm和80 nm,孔洞边长和阵列周期分别为1.1μm和1.2μm时,吸收可调控特性最为明显,在2.3μm处其高低温的吸收率差值可达80.3%.理论模拟计算了光以不同偏振、入射角入射时的吸收,结果表明,正入射时吸收器是偏振无关的;斜入射时吸收器具有广角吸收的特点,与TM偏振相比TE偏振下吸收器具有更强的角度依赖性.低温时吸收器中的电磁场呈高度局域化分布,表现为强的吸收;而高温时吸收器中的电磁场分布在吸收器表面,吸收被抑制.所设计的吸收器吸收效率高,吸收强度可以调控,可应用于新型可调控智能光电器件.     

基于超薄钽酸锂晶体材料高响应太赫兹探测器

太赫兹(Thz)探测器工作在室温条件下极大地促进了太赫兹科学与技术的应用。超薄(10μm)钽酸锂(LiTaO3)晶片被用作太赫兹探测器敏感元材料。基于钽酸锂晶片太赫兹探测器在2.52 THz激光辐射源照射下, 20Hz斩波频率时响应率可达到8.38×104V/W, 等效噪声功率NEP)可达到1.26×10-10W。这种加工超薄钽酸锂晶片的方法为制备高响应率太赫兹探测器提供了一个可行的方法。     

基于电容读出的非制冷红外探测器

介绍了一种基于标准硅工艺的电容读出式微悬臂梁非制冷红外探测器的设计、制作以及集成读出电路的设计。该探测器用于探测室温下物体的红外辐射,其响应波长为8～12 μm 。由于氮化硅和铝的热膨胀系数相差很大,用这两种材料的薄膜做成的双材料微悬臂梁在红外辐射下会发生弯曲,微悬臂梁和衬底形成一个可变电容,通过检测电容的变化来反映微悬臂梁的弯曲,从而可以探测红外辐射的情况。采用和探测器集成的CMOS读出电路对探测器信号进行读取,微悬臂梁的电容灵敏度可达2.5 fF/K,温度分辨率为0.1 K。     

基于低温辐射计的陷阱探测器红外绝对光功率响应度的定标

采用低温辐射计在1064nm波长对两个硅陷阱探测器（trap 0#和trap B）进行绝对光功率响应度定标。描述了定标方法、实验装置和数据的分析方法,提出了低温辐射计窗口的精确复位和窗口透过率的测量方案,测量得到的透过率达到0.999以上。结果表明,两个探测器绝对响应度定标的合成不确定度分别为1.457×10-4和1.458×10-4,定标结果的重复性分别达到了0.014％和0.008％。分析了测量时各项不确定度来源,对光功率响应度定标不确定度进行了评估。最后对0＃硅陷阱探测器在1064nm波长处光功率响应度的温度稳定性进行了测试研究。     

基于内聚力模型的InSb面阵探测器失效分析

基于内聚力模型,运用ANSYS仿真软件研究了InSb芯片在N电极附近的脱落和碎裂问题。模拟结果显示：在N电极区域,InSb芯片沿隔离沟槽存在明显的脱落趋势;为了解InSb芯片碎裂失效分布状况,在InSb芯片中做切分处理,并在切分面上选取等间距内聚节点,得到了节点沿X轴方向的相对分离量,及相对分离量最大节点沿不同坐标轴的变化趋势。模拟结果中InSb芯片脱落失效区域和分离量较大的内聚节点所在位置与典型InSb焦平面探测器光学碎裂分布相吻合,这为后续研究InSb芯片中裂纹起源及扩展提供参考。     

基于红外面阵扫描图像的配准和融合

针对红外面阵扫描图像的连续拼接,提出了一种基于灰度特征的配准和融合算法。该算法首先利用Harris算子对待拼接图像的特定区域进行角点检测,并提出了一种自适应阈值方法,用于提取特征明显的兴趣点,同时限定兴趣点的个数;其次选择合适的窗口大小,利用互相关归一化(NCC)函数,对拼接图像兴趣点邻域灰度范围进行图像匹配,获得图像变换关系;最后提出了一种基于双线性变换和渐入渐出相结合的图像融合算法。结果表明,自适应阈值角点检测后的兴趣点特征明显,分布均匀且数目被阈值很好地约束,图像配准精度高,采用本文融合算法后的拼接图像,重叠区域过度平缓,不存在拼接缝和灰度跳变现象。     

基于硅基微结构高性能太赫兹波电控调制器

通过硅基微结构与二氧化钒(VO2)相变薄膜相结合,设计并实现了一种电控太赫兹幅度调制器件。该调制器具有很高的太赫兹波透射率与极低的器件插损,同时具有大的工作带宽和调制深度。仿真和实验测试结果表明,该调制器对太赫兹波的增透响应带宽为0.25~0.95 THz波段。在0.4~0.85 THz频段内(约450 GHz宽带)的透射率超过80%,相较于硅衬底的透射率增加了10%以上,且透射率最高可达85%。对该器件电调控后,调制深度可达76%以上,器件透射率变化幅度可达65%。因低插损、大调制幅度以及宽工作带宽,该太赫兹调制器在太赫兹成像和通信系统中具有重要的应用价值。