128元长波碲镉汞焦平面器件

本文概要叙述了１２８元长波碲镉汞焦平面器件的原理及研制工艺；ＣＭＯＳ互连后测试结果：峰值Ｄλ＾＊＝３．４×１０＾１０ｃｍＨｚ＾１／２Ｗ＾－１，Ｒｖλ＝１．２×１０＾８Ｖ／Ｗ，利用１２８元长波碲镉汞焦平面器件研制成功的热像仪成像情况。     

碲镉汞红外焦平面器件技术进展

近十年碲镉汞第二代红外焦平面探测器应用呈现爆发式增长,也是第三代焦平面技术快速发展的十年。文中对近十年来碲镉汞红外焦平面探测器技术的发展进行了简单的回顾,并结合碲镉汞红外焦平面探测器的应用,对在碲镉汞红外焦平面探测器技术方面的研究工作和工程应用进行了总结,最后,对未来碲镉汞红外焦平面探测器技术的发展进行了展望。     

碲镉汞e-APD 焦平面数字化读出电路设计

HgCdTe e-APD 工作于线性模式,通过内雪崩倍增效应将一个微弱的信号放大多个数量级。介绍了一个具有列共用ADC 制冷型(77 K)数字化混成式HgCdTe e-APD FPA 读出电路,可以应用于门控3D-LARDAR 成像,有主被动双模式成像功能。Sigma-delta 转换器比较适合于中规模128128 焦平面列共用ADC。调制器采用2-1 MASH 单比特结构,开关电容电路实现,数字抽取滤波器采用CIC 级联梳状滤波器。采用GLOBALFOUNDRIES 0.35 m CMOS 工艺,中心距100 m。设计了量化噪声抵消逻辑消除第一级调制器量化噪声,采用数字电路实现。CIC 抽取滤波器的每一级寄存器长度以方差为指标截尾,以降低硬件消耗。并且数字抽取滤波器工作电压降低到1.5 V,可以进一步降低功耗。仿真显示sigma-delta 转换器精度大于13 bit,功耗小于2.4mW,转换速率7.7 k Samples/s。     

碲镉汞双色红外焦平面读出电路研究进展

介绍了碲镉汞（MCT）双色红外焦平面探测器的研制背景,及美、英、法等西方发达国家的发展现状。从读出电路（ROIC）设计角度出发,重点阐述了上述3个发达国家的碲镉汞双色焦平面器件结构类型和相应读出电路设计特点。最后介绍了国内昆明物理研究所在碲镉汞双色焦平面读出电路研究方面取得的进展。昆明物理研究所研制出两种碲镉汞双色焦平面读出电路,一种是适用于双铟柱半平面器件结构的128×128双色信号同步积分读出电路,另外一种是适用于单铟柱叠层器件结构的640×512双色信号 TDMI（时分多路积分）读出电路。两种读出电路芯片在77 K 条件下正常工作,主要功能及性能指标与国外同类产品相当。     

256×256混合碲镉汞红外焦平面阵列

开发了混合碲镉汞256×256焦平面阵列,以满足高性能中波红外成象系统的灵敏度、分辨率及视场的需要。这种混合的探测器阵列制作在可减少或消除与硅读出电路热膨胀不匹配性的基片上。读出装置采用掩模加工的 CMOS开关场效应管电路,电路的电荷容量大于10~7个电子和有20MHz 数据率的单视频输出。这种大型凝视焦平面阵列具有高的量子效率、可调谐的吸收波长和宽的工作温度范围,大大优越于与其竞争的各种传感器。成熟的 PACE-1工艺采用蓝宝石探测器基片,已制作出256×256元中波红外阵列,在4.9μm 截止波长时,其实验室获得的平均 NETP 值为9mK,象元尺寸为40μm 和工作温度为80K。根均方探测器响应不均匀性小于4%,象元的输出大于99%。最新开发的PACE-3工艺用硅作探测器基片,完全消除了与硅读出电路的热不匹配性。一种640×480的混合阵列正在开发中。     

碲镉汞晶体研制及应用

本研究的目的在于实现８～１２μｍＨｇＣｄＴｅ晶体的商品化。文中介绍了其生长工艺和性能检测，用付里叶红外光谱仪测得标准组分偏差△＝０．００４，测得原生晶体的空穴浓度可低达７．０３×１０１６／ｃｍ３热处理后，晶体的Ｎｎ和μｎ分别为３．４～５．７×１０１４／ｃｍ３和（２．０６～２．２９）×１０５ｃｍ２／ｖ．ｓ用以上材料制成２４元至１６０元光导红外探测器阵列及３２元至６４元光伏红外探测器阵列，其实验数据表明所研制的晶体均能满足不同应用之需要。     

碲镉汞近年来的研究进展

第三代红外系统的主要特点包括更多的像素、更高的帧频、更好的温度分辨率、双色甚至多色探测以及其他(芯)片上信号处理功能.尽管面临着其他材料例如相近的汞合金HgZnTe和HgMnTe、硅测辐射热计、热释电探测器,SiGe异质结、GaAs/AlGaAs多量子阱、InAs/GaInSb应变层超晶格、高温超导体等的有力竞争,碲镉汞(MCT)仍然是制备第三代红外光子探测器最重要的材料.在基本性质方面,其他材料仍然难与碲镉汞相竞争.主要通过对2000年以来部分英语期刊文献的归纳分析,介绍了近年来在MCT异质结、材料生长、掺杂方法、衬底制备、均匀性、电学性质及数值模型等方面的研究进展.     

碲镉汞表面钝化研究进展

碲镉汞(MCT)红外探测器近些年的发展非常迅速。随着相关技术的不断进步,对探测器的要求也越来越高。MCT探测器的表面对杂质、缺陷、损伤、温度等因素非常敏感,而器件的很多性能直接由其表面的性质决定,因此MCT材料表面的钝化被看成是红外探测器制备的关键工艺之一。为了提高器件表面的稳定性,最常用的方法就是对MCT材料表面进行钝化处理。主要介绍了几种常见的MCT材料表面钝化方法,然后结合国内外文献重点介绍了常见的介质膜钝化方法,并对以后的工作进行了展望。     

碲镉汞材料非本征掺杂研究的发展

通过对近年来的部分英文文献进行归纳与分析,介绍了碲镉汞 (Hg1-xCdxTe, MCT)非本征掺杂的研究进展。MCT非本征掺杂是指杂质为Hg、Cd或Te以 外的其他元素的情况。描述了MCT晶体结构的基本概念。以一些常用杂质的性质为重点,讨论了MCT掺 杂的基本原理和对杂质的选择方法。在器件设计中控制杂质的空间分布和浓度是十分重要的。     

论碲镉汞光电二极管的暗电流

对于工作在1—30岬波段的各种红外光电探测器来说,碲镉汞（Mercury Cadmium Telluride,MCT）已经成为最重要的一种半导体材料。为了获得最优的性能,MCT探测器的暗电流必须降至最小。主要根据近年来的部分英文文献,从基本概念入手,介绍了有关MCT光电二极管暗电流研究的发展情况,并讨论了对于MCT光电二极管暗电流有关问题的理解和体会。     

碲镉汞雪崩光电二极管的发展

雪崩光电二极管(APD)工作在足够的反偏下,光生载流子到达耗尽区并诱发放大过程.碲镉汞(MCT)电子和重空穴有效质量之间的非对称性会产生不相等的电子电离系数和空穴电离系数,提供一个由单独一类载流子诱发的碰撞电离过程,从而形成具有包括接近无噪声增益在内的“理想”APD特征的电子雪崩光电二极管(EAPD).对于包括低光子数...     

论高工作温度碲镉汞红外探测器（上）

与用其他材料制备的红外光子探测器相比,碲镉汞红外探测器具有带隙灵活可调、量子效率较高以及R_0A接近理论值等优点。碲镉汞探测器的主要缺点是需要低温制冷,以抑制引起噪声的热生自由载流子。期望碲镉汞探测器在具有高工作温度(High Operating Temperature,HOT)的同时而又无需牺牲性能。HOT碲镉汞探测器的设计目标主要是抑制俄歇过程,从而降低探测器噪声和低温制冷需求。从相关基本概念出发,讨论了对HOT碲镉汞物理机制的理解以及近年来HOT碲镉汞技术的发展状况。     

碲镉汞材料表面钝化研究的发展（上）

碲镉汞（Hgl-xCdxTe,MCT）材料的表面钝化被认为是光导和光伏探测器制备中的关键步骤之一。实用的MCT器件需要稳定且可重复生产的钝化表面和符合器件性能要求的界面及表面势。通过对近年来的部分英语文献进行归纳分析,介绍了MCT表面钝化研究的进展。描述了MCT钝化的基本概念。讨论了部分MCT钝化膜的生长方法、界面性质和参数。     

大面阵CMOS快照模式焦平面读出电路设计分析

针对一款大面阵(640×512元)快照模式制冷型红外焦平面用的读出电路进行了初步分析验证.该读出电路采用改进DI结构,先积分后读出的积分控制模式,像素尺寸为25μm×25μm,芯片已在0.5μm双硅双铝(DPDM)标准CMOS工艺下试制.首先对该电路结构及工作原理进行分析,并对输入级等电路的传输特性进行仿真验证,最后给出探测器阵列与读出电路芯片互连后的测试结果.结果表明该读出电路适用于小像素、大规模的红外焦平面阵列.     

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...     

甚长波碲镉汞红外探测器的发展

天基红外技术对于远程弹道导弹防御具有重要作用.当飞来的导弹位于地球阴影区域时,作为背阳的结果,空间温度很低,导弹呈现为一个微弱的冷目标,峰值波长在甚长波红外(VLWIR,大于14μm)波段,这时就需要VLWIR探测器.VLWIR对于大面阵碲镉汞焦平面(FPA)器件的设计来说是一种非常具有挑战性的波段.它要求高均匀性、低缺陷率、高量子效率、低暗电流和低噪声.主要通过对近年来刊发的部分有关英语文献资料的归纳分析,介绍了有关VLWIR/MCT技术的发展状况,其中一个发展趋势是从n-on-p空位掺杂器件结构转向非本征掺杂p-on-n器件结构.     

论碲镉汞光电二极管的暗电流(下)

对于工作在1～30 μm波段的各种红外光电探测器来说,碲镉汞(MercuryCadmium Telluride,MCT)已经成为最重要的一种半导体材料.为了获得最优的性能,MCT探测器的暗电流必须降至最小.主要根据近年来的部分英文文献,从基本概念入手,介绍了有关MCT光电二极管暗电流研究的发展情况,并讨论了对于MCT光电二极管暗电流有关问题的理解和体会.