非制冷红外探测器领域专利申请脉络分析

红外探测器是能对外界红外光辐射产生响应的光电传感器,是红外系统的核心,在军事和民用领域都有广泛的应用前景,也是目前传感器领域发展的重点之一。本文关注非制冷红外探测器的技术发展,并重点评述了以非晶硅和氧化钒为热敏材料的非制冷红外探测器在专利申请方面的进展与发展趋势。     

非制冷铁电混合式红外焦平面探测器

介绍了国内非制冷铁电混合式红外焦平面探测器的最新研究进展,给出器件所采用的铁电材料的基本物理和电学特性参数、器件的热隔离技术和相应参数、读出电路的基本结构和性能,详细讨论了影响性能的关键参数和工艺,最后对试验结果进行了分析.     

MEMS技术在非制冷红外探测器中的应用

随着微探测器的广泛应用,MEMS技术因其微小、智能、可执行、可集成、工艺兼容性好、成本低等特点,被越来越多地应用于微探测器的制造工艺中,为该领域的研究提供了新途径.本文简要介绍了MEMS技术的工艺及其主要特点,并对MEMS技术在非制冷红外探测器研制方面的应用作了比较详细的阐述.     

硅微机械电子隧穿红外探测器

介绍了一种新型的非制冷高灵敏度硅微机械电子隧穿红外探测器的工作原理 ,详细描述了这种红外探测器的设计思想和制作工艺 ,采用微机械体硅加工的三层硅结构制作出探测器原理样品 ,通过和反馈电路 (包括前置放大电路 )连接测试表明 :电子隧穿位移传感器部分的分辨率可达 10 -4 nm/ Hz,红外探测器样品已能敏感红外信号。     

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.     

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。     

非制冷红外焦平面探测器热敏薄膜技术研究进展

近年来红外探测技术在军事和民用领域得到了迅速的发展,非制冷红外探测器以其低成本、小型化、非制冷等优势在红外探测系统发展中占据着重要的地位。本文总结了国内外非制冷红外探测器的发展现状,分析了两种主要的非制冷红外探测器技术路线的特点及差异,并给出了这两种技术路线后续发展趋势。     

基于CMOS工艺的双层非制冷热敏电阻型红外探测器

采用0.5μm标准CMOS工艺和微机械加工工艺,设计并制作了低成本双层非制冷热敏电阻型红外探测器。探测器采用隐藏桥腿式微桥结构,使用表面牺牲层技术实现,其中包括Al、W和Si3种牺牲层材料。CMOS工艺加工完成后,双层微桥结构的微机械加工过程只需进行湿法腐蚀即可,成本较低。对双层红外探测器的热性能和光电特性进行测试,其热导为1.96×10-5 W/K,热容为2.23×10-8 J/K,热时间常数为1.14ms。当红外辐射调制频率为10Hz时,双层红外探测器的电压响应率为2.54×104 V/W,探测率为1.6×108 cm·Hz1/2/W。     

非制冷红外探测器多孔硅绝热层的研究

以多孔硅作为绝热层材料，采用超高真空对靶磁控溅射镀膜法，在多孔硅样品表面和硅基底表面沉积氧化钒薄膜。实验采用电化学腐蚀法制备多孔硅，利用场致发射扫描电子显微镜观测了孔隙率为50%，60%，70%三个多孔硅样品的微观形貌。利用显微喇曼光谱法测量其热导率，分别为8.16，7.28和0.624W/mK；利用纳米压入仪测量氧化钒薄膜的显微硬度和杨氏模量，测得沉积在孔隙率为50%，60%，70%的多孔硅基底上氧化钒薄膜的显微硬度分别为1.917，0.928和0.13GPa，杨氏模量分别为31.087，16.921和2.285GPa，而沉积在单晶硅基底的氧化钒薄膜的显微硬度和杨氏模量分别为10.919GPa和193.792GPa，并分析了微观结构差异对多孔硅绝热性能和机械性能的影响，为非制冷红外探测器的工艺制作过程提供一定的热学力学参数。     

电可调非致冷红外探测原理

传统的红外光谱成像技术能够提供丰富的光谱信息,应用广泛,但该技术同时也存在一定局限性,如很难同步实现探测器小型化和探测波段实时调节等方面的要求。本文提出了一种基于电可调表面等离子体谐振吸收的新型红外探测器结构。基于电磁场理论分析了结构参数对红外光学吸收的影响,并通过结构参数的优化使吸收结构对特定红外波段的吸收率达到90%以上。分析了不同栅压下,VOx热敏层中载流子的浓度分布和折射率变化情况,结果显示这种器件具有显著的电可调红外光谱吸收特性。本文研究在非制冷微测辐射热计探测器上使用电可调功能,使之具有片上可调光谱探测能力,同时易于阵列化,为微小型可配置光谱成像探测器件提供了一条思路。     

电可调非致冷红外探测原理

传统的红外光谱探测技术能够提供丰富的光谱信息,应用广泛,但该技术同时也存在一定局限性,如很难同步实现探测器小型化和探测波段实时调节等方面的要求.提出了一种基于电可调表面等离子体谐振吸收的新型FET红外探测器结构.基于电磁场理论分析了结构参数对红外光学吸收的影响,并通过结构参数的优化使吸收结构对特定红外波段的吸收率达到90%以上.栅压变化时VOx热敏层中载流子的浓度分布和折射率均发生变化,显示该器件具有明显的电可调光谱吸收特性.借助于这种FET结构,非制冷红外探测器将具有片上可调光谱探测能力,同时具有易于阵列化特点,为微小型可配置光谱成像探测器件提供了一条思路.     

用于非制冷红外探测器片上存储器的低延迟灵敏放大器设计北大核心CSCD

针对非制冷红外探测器片上存储器的高速数据读出,设计了一种用于非制冷红外探测器片上存储器的低延迟灵敏放大器。随着非制冷红外探测器像素阵列的不断加大,对非制冷红外探测器片上存储器的要求也更高,需要一个更高速的存储器进行红外探测器内部数据存储。通过降低灵敏放大器延迟时间是提高数据传输速度的一种可靠方法。本文对传统交叉耦合结构灵敏放大器进行改进,与传统交叉耦合结构灵敏放大器相比,增加了完全互补型的第二级交叉放大电路,并采用NMOS组成的中间阶段进行两级运放的耦合。改进后的新型灵敏放大器能快速有效地放大位线上电压差,同时改善灵敏度低的问题。本论文设计的灵敏放大器采用TSMC 65 nm工艺,在工作电压为5 V、位线电压差为100 mV条件下,仿真结果表明:数据读出延迟仅为25.19 ps,与交叉耦合式灵敏放大器相比,读出延迟降低了37.07%。同时,在全工艺角仿真条件下,环境温度为-45—125℃,新型灵敏放大器延迟仿真最大值仅为39 ps,最小值为17.1 ps。     

Fundamental physics of infrared detector materials

The fundamental parameters of IR photon detection are discussed relevant to the meaningful comparison of a wide range of proposed IR detecting materials systems. The thermal generation rate of the IR material is seen to be the key parameter that enables this comparison. The simple materials physics of 1) intrinsic direct bandgap semiconductors; 2) extrinsic semiconductors; 3) quantum well devices, including types I, II, and III superlattices; 4) Si Schottky barriers; and 5) high temperature superconductors, will be examined with regard to the potential performance of these materials as IR detectors, utilizing the thermal generation rate as a differentiator. The possibility of room temperature photon detection over the whole IR spectral range is discussed, and comparisons made with uncooled thermal detection.     

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。     

红外探测器专用前置放大电路低温特性的研究

红外探测系统被广泛地应用于航空航天、军事、通信等领域。前置放大器低温性能的改善直接影响到整个系统探测精度的提高。从理论上分析了MOS器件低温性能参数的变化,设计了一种红外探测器处理电路专用的CMOS低功耗电流型前置放大器,并采用0.35 ?滋m标准CMOS工艺流片,进行了常温(300 K)和低温(77 K)测试。测试结果表明,该运放电路在低温工作时放大倍数线性度良好,功耗等性能得到改善;但是带宽、失调、输入线性范围等性能下降。针对实验结果给出了初步理论分析。     

新型SiO2栅介质非晶硅薄膜晶体管室温红外探测器

对用作室温红外探测敏感单元的非晶硅薄膜晶体管进行了研究,提出了一种新型SiO2栅介质非晶硅薄膜晶体管室温红外探测器。该探测器的基本工作机理与传统的SiN2栅介质薄膜晶体管相类似,但在器件性能方面不仅具有较高的响应度,而且具有更好的温度稳定性;在制作工艺方面具有更高的工艺重复性和栅介质淀积的均匀性。     

红外陷阱探测器的光谱辐射定标技术

遥感信息定量化要求高精度的光谱辐射定标技术支撑,使传感器获取数据可比较性、测量精度和长期稳定性得到保证,溯源于低温绝对辐射计的定标技术是发展趋势.为提高红外绝对光谱响应率定标精度,在一种薄膜热电堆传感器上加装镀金反射半球,研制了红外陷阱探测器作为标准传递探测器.利用电替代技术,测试了红外陷阱探测器光谱响应线性、空间响应均匀性和稳定性.通过溯源于低温绝对辐射计的光谱辐射定标系统,标定了其在1. 1~3. 0μm短波红外波段的绝对光谱响应率,合成不确定度小于1%.将红外陷阱探测器应用于红外光谱辐射定标,可缩短低温绝对辐射计的红外光谱功率标准传递链路并提高定标精度.     

用于高灵敏度红外探测器的超薄硅膜的研制

超薄、平整的硅膜对于制作高灵敏度红外探测器是非常重要的。这种超薄硅膜的各向异性腐蚀技术，包括有机溶液EPW和无机溶液KoH及KoH IPA(异丙醇)。从腐蚀速率、腐蚀表面质量、腐蚀停特性、腐蚀边缘形貌及腐蚀工艺的角度分析比较了两种腐蚀系统，分别制作出了约1μm厚的平整超薄硅膜，并研究了不同掩膜材料在腐蚀液中的抗蚀性，为高灵敏度红外探测器的制作奠定了工艺基础。