InSb面阵探测器法线方向力学参数选取研究

为明确InSb芯片前表面结构缺陷和背面减薄工艺对InSb芯片变形的影响,本文采用降低InSb芯片法线方向杨氏模量的方式,基于热冲击下InSb芯片的典型形变特征来探索InSb芯片力学参数的选取依据．模拟结果表明：当InSb芯片法线方向杨氏模量取体材料的30％时,最大VonMises应力值和法线方向最大应变值均出现在N电极区域,且极值呈非连续分布,这与InSb焦平面探测器碎裂统计报告中典型裂纹起源于N电极区域及多条裂纹同时出现的结论相符合．此外,InSb芯片中铟柱上方区域向上凸起,台面结隔离槽区域往下凹陷,该形变分布也与典型碎裂照片中InSb芯片的应变分布保持一致．因此,基于InSb芯片法线方向应变的判据除了能够预测裂纹起源地及裂纹分布外,还能提供探测器阵列中心区域Z方向应变分布及N电极区域Z方向的应变增强效应,为InSb芯片力学参数的选取提供了依据．     

128× 128 InSb探测器结构模型研究

热冲击下红外焦平面探测器的高碎裂概率制约着其成品率.为明晰碎裂机理, 基于等效设想, 利用小面阵等效大面阵解决了128×128面阵探测器三维结构建模所需单元数过多的问题, 同时综合考虑材料线膨胀系数的温度依赖性、材料强度的各向异性、表面加工损伤效应, 合理选取InSb材料性能参数, 建立起128×128面阵探测器结构有限元分析模型.模拟结果表明:热冲击下最大Von Mises 应力值出现在N电极区域, 其极值呈非连续分布, 这意味着热冲击下128×128面阵探测器的裂纹起源于N电极区域, 且不止一条.上述结论与碎裂统计分析报告中典型裂纹起源地及裂纹分布这两方面相符合, 这为后续面阵探测器碎裂诱因的研究及结构可靠性设计提供了切实可行的研究思路．     

液氮冲击中锑化铟焦平面探测器形变研究

液氮冲击中锑化铟红外焦平面探测器(InSb IRFPAs)的形变研究对理解探测器结构设计可靠性、预测探测器耐冲击寿命具有重要意义.在系统分析液氮冲击结束时模拟得到的InSb IRFPAs形变分布与方向的基础上,提出了降温过程中累积热应变完全弛豫的设想,升至室温后的模拟结果重现了室温下拍摄的InSb IRFPAs典型形变分布特征.经分析认为室温下拍摄的InSb IRFPAs表面屈曲变形源于底充胶固化中引入的残余应力应变,变形幅度随降温过程逐步减弱,至77 K时完全消失,升温过程则依据弹性变形规律复现典型棋盘格屈曲模式.这为后续InSb IRFPAs结构设计、优化及耐冲击寿命预测提供了理论分析基础.     

基于内聚区模型的InSb面阵探测器分层研究

液氮冲击中InSb面阵探测器表面经常出现局部分层、开裂等失效模式.为明晰材料分层、光敏元芯片断裂过程,基于三维等效建模设想,在易分层处添加内聚区模型,合理选取界面分层开裂参数,建立了128×128InSb探测器结构分层模型.模拟结果涵盖了典型碎裂照片中呈现的所有形变信息,即1)在光敏元阵列区域,复现出典型棋盘格屈曲模式;2)在Negative电极区域上方,InSb芯片与下层材料逐渐分开,且分层向两侧逐步扩展;3)在面阵探测器周边区域,表面起伏相对平整.上述模拟结果证明了所建分层模型的正确性和参数选取的合理性,为后续裂纹起源、传播过程的研究提供了模型基础.     

InSb芯片碎裂与迸溅金点的关系

批量生产中经常发生的锑化铟(InSb)芯片碎裂问题制约着InSb红外焦平面探测器(IRFPAs)成品率的提升.经分析认为:低周期液氮冲击下发生在器件边沿区域的InSb芯片破碎与该区域中迸溅金点的存在有关.为从理论上明晰迸溅金点对InSb芯片局部碎裂的影响,本文建立了包含迸溅金点的InSb IRFPAs结构模型,分析了迸...     

288×4长波线阵红外探测器的测试

第二代热成像技术的长波红外以HgCdTe288×4扫描型焦平面阵列（FPA）为主。相对凝视系统而言,该扫描型FPA空间截止频率更高、视场更宽。针对该线阵FPA在搜索、观瞄等领域的广泛应用,设计测试方案对探测器进行测试。实验结果与探测器出厂报告基本吻合,成功实现了对288×4长波线阵红外探测器的性能检测。     

新型MSM结构砷化镓半导体探测器的性能

研究一种新型双金属接触GaAs半导体探测器的性能,测量了²⁴¹Am 5.48MeVα粒子、⁵⁷Co 122keV的光子和⁹⁰Sr 2.27MeVβ粒子的最小电离粒子谱,比较了一个3×3mm²的GaAs芯片在经过¹³⁷Cs 662keV光子约1300rad辐照前后的电荷收集效率和能量分辨率.测量结果显示这种新型金属─半导体─金属(MSM)结构的半导体探测器不仅在室温下对各种粒子具有良好的探测能力,而且具有很好的抗辐照性能.     

单晶铜中冲击波阵面结构的数值模拟研究

 用分子动力学方法模拟计算了在初始温度为0 K时单晶铜中的冲击波结构,相互作用势采用铜的嵌入原子势（EAM）,模拟计算结果表明即使是在初始温度为0 K的FCC晶体中,冲击波波阵面后的区域也会向平衡态演化。局域分析表明冲击波阵面后区域的压力、粒子速度、应变和温度随时间逐步变化到稳定态,在所研究的冲击波强度（约262 GPa）下,波后区域的平均压力、粒子速度、应变均在约1 ps内逐渐上升并达到稳定值。动能温度在波阵面处始终为最大值,随着冲击波的传播,波后非零温度区域逐渐扩大,不同时刻的粒子速度分布函数说明波后区域逐渐向热力学平衡态演化,并最终达到热力学平衡,进一步的分析说明局域平衡是系统向平衡态演化的基本过程。     

激光辐照下静止及旋转充压柱壳结构变形的对比分析

 采用3维实体单元模拟激光辐照下静止及旋转充压柱壳的应力和应变分布,分析了柱壳可能发生破坏的位置和条件。通过对计算结果的分析表明,对于激光辐照下静止及旋转充压柱壳,裂纹都有可能在光斑边缘附近产生。但由于在旋转充压柱壳上,在过光斑中心圆周上有高应力带状区域,因此旋转柱壳有可能在这一环带区域也发生破坏。在相同的激光加载条件下,静止充压柱壳更容易在局部区域开始发生破坏。     

用于红外探测器的高红外吸收率结构研究进展

高红外吸收是实现高灵敏度红外探测器的一个重要途径。探测器的响应率与热吸收率紧密相关。高红外吸收将提升红外探测器的探测性能。鉴于高吸收率的重要性,对国内外研究中典型的高红外吸收结构的研究进展进行介绍。目前典型新型高吸收结构有基于新型材料(如超材料)的高吸收结构和基于金属光栅高吸收结构。研究表明这些结构在某些波段可实现近100%的完美吸收,是发展高灵敏探测器的新途径。     

Local delamination of InSb IRFPAs in liquid nitrogen shock tests

Both the local delamination and the local fracture, appearing in the InSb infrared focal plane arrays (IRFPAs) detectors in liquid nitrogen shock tests, restrict the final yield of the InSb IRFPAs detectors. To explore the mechanism of the local delamination appearing in the region of the negative electrode of the InSb IRFPAs detectors, basing on the created structural modeling of the InSb IRFPAs detectors, we obtain the distributions of the interfacial stresses in the different interfaces of the InSb IRFPAs detectors. After comparing the distributions of the simulated interfacial stresses with the measured local delamination region in the InSb IRFPAs detectors, we think that the local delamination originates from the interfacial shear stresses, and the crack extension is the typical sliding mode. Besides, the weakened gluing strength between the InSb chip and the underfill in the negative electrode region also causes this region to be prone to the local delamination. All these findings provide the theoretical references for both the structure design and the structure optimization of the InSb IRFPAs detectors assembly in the future.     

红外焦平面阵列非线性校正曲线测量方法

针对红外焦平面阵列强度响应的非线性失真现象,本文提出了一种基于单波长激光器测定红外焦平面阵列非线性校正曲线的方法,设计出用于测量的实验装置,并通过实验研究获得了实测的非线性校正曲线。结果表明,该方法规避了红外焦平面阵列光谱响应不均匀性的影响,满足了装置器件在工程技术中通用性和实用性的需要,在简单易行的同时保证了较高的测量精度。     

Modeling and deformation analyzing of InSb focal plane arrays detector under thermal shock

A higher fracture probability appearing in indium antimonide (InSb) infrared focal plane arrays (IRFPAs) subjected to the thermal shock test, restricts its final yield. In light of the proposed equivalent method, where a 32 × 32 array is employed to replace the real 128 × 128 array, a three-dimensional modeling of InSb IRFPAs is developed to explore its deformation rules. To research the damage degree to the mechanical properties of InSb chip from the back surface thinning process, the elastic modulus of InSb chip along the normal direction is lessened. Simulation results show when the out-of-plane elastic modulus of InSb chip is set with 30% of its Young’s modulus, the simulated Z-components of strain distribution agrees well with the top surface deformation features in 128 × 128 InSb IRFPAs fracture photographs, especially with the crack origination sites, the crack distribution and the global square checkerboard buckling pattern. Thus the Z-components of strain are selected to explore the deformation rules in the layered structure of InSb IRFPAs. Analyzing results show the top surface deformation of InSb IRFPAs originates from the thermal mismatch between the silicon readout integrated circuits (ROIC) and the intermediate layer above, made up of the alternating indium bump array and the reticular underfill. After passing through both the intermediate layer and the InSb chip, the deformation amplitude is reduced firstly from 2.23 μm to 0.24 μm, finally to 0.09 μm. Finally, von Mises stress criterion is employed to explain the causes that cracks always appear in the InSb chip.     

基于反中值滤波的红外焦平面自适应非均匀性校正方法

分析了红外焦平面阵列非均匀性的噪声特性，提出了一种用反中值滤波为核心的红外焦平面自适应校正的方法。针对实际的图像进行了实验，实验证明该方法在校正效果、收敛速度、对静止目标保持能力及可硬件化等方面都有较好的表现。     

基于特征分解的红外焦平面非均匀性校正算法

针对目前红外焦平面自适应场景校正算法工程应用的局限,提出了一种基于红外焦平面非均匀性特征分解的场景校正算法。分析了红外焦平面非性匀性构成因素,把其中的高频部分分解成盲点、斑块、行列非均匀性等,把缓慢变化的低频部分分解成梯度渐变非均匀性;分别对各类非均匀性采用不同的校正算法;合并校正结果,得到校正后的图像。实验结果表明,该算法校正精度高、收敛速度快、抑止目标退化能力强,适合工程应用。     

基于稳态卡尔曼滤波的红外焦平面阵列非均匀校正算法

传统的卡尔曼滤波算法利用批处理实现非均匀校正,这样不仅会带来较大的计算量和存储量,而且更重要的是该方法不能实时处理.为此,提出了一种基于稳态卡尔曼滤波的红外焦平面阵列非均匀校正算法,它可以根据固定图案噪声的特点离线计算出滤波器的增益矩阵,并且非均匀校正过程也采用了逐帧迭代方式,因此大大降低了计算复杂度和存储占用量.详细阐述了该算法的基本原理,并用仿真数据和真实红外数据对算法性能进行验证,实验结果表明:本方法平均校正一帧图像所需CPU时间和内存占用量分别为1.7188 s和131.25 KB,完全可以满足实时处理的要求.