第二代静止轨道气象卫星用多波段红外探测器封装及性能

第二代地球静止轨道（GEO）气象卫星用于定量化气象预报,中国已经成功研制出该卫星。卫星上扫描辐射计的探测波段从第一代风云二号的四个增加到现在的十四个,十四个波段中有八个是红外波段,覆盖了短波到甚长波的红外波段。这八个红外波段由三个组件来实现,分别是短波双波段组件（MS-IR）,水汽双波段组件（WV-IR）和长波四波段组件（LW-IR）。MS-IR组件内包含两个81光伏型的MCT探测器芯片,及相对应的两个用于光电输出的电压信号转换和放大的CMOS低温放大器。WV-IR包含两个41 MCT探测器芯片。LW-IR包含两个41和一个42 MCT探测器芯片。这些组件具有较高的电学和光学特性,如MS-IR的D*可达11012 cmHz1/2 W-1。WV-IR的D*优于81010 cmHz1/2 W-1。这八个波段的响应谱均实现了定量化控制,即响应谱控制在给定的内部和外部限制边内。对组件进行了狭缝扫描测试,结果表明组件内部没有明显的光学串扰。没两个波段间的配准精度优于0.01 mm。文中描述了这些组件的结构以及达到的性能,如电性能,芯片配准,光学串扰和光谱响应。     

半导体器件的可靠性

可靠性技术是20世纪50年代发展起来的一门综合性技术,它包括可靠性数学、可靠性试验、失效分析、可靠性管理以及设计、生产和维护使用中的质量控制及可靠性保证等方面。本文对可靠性数学、可靠性试验、失效分析以及可靠性技术发展现状作一介绍。     

异型传像光纤束在光电探测系统中的应用

传像光纤束在通讯、医疗、军事、光电探测等领域具有广泛的应用,光电系统与传像光纤束相结合可以简化系统设计,增加系统的灵活性。异型传像光纤束可以实现信号排列的传输变换,其中最常见的变换是图像重组,重组后的图像通过光电探测器将信号读出,送入后端信号处理系统获得目标信号。从空间应用红外光谱仪、高帧频火焰温度探测和光电成像探测三个系统中异型传像光纤束实际应用出发,对异型传像光纤束进行了简要的介绍。     

电流冲击对长波光导MCT探测器的影响

对长波光导MCT红外探测器进行了大电流长时间的冲击,对比了冲击前后探测器的电阻温度特性,并用该参数研究了器件的电学参数;测量了冲击前后探测器的黑体性能变化、响应光谱以及少子寿命.实验结果显示:短时间(42mA,70h)的电流冲击对探测器性能影响不大,探测器组分减小,截止波长变长;冲击时间长到(42mA,100h)一定程度后,探测器性能有不同程度的下降,组分变大,截止波长变短.这是因为电流产生的热效应加强了Hg扩散效应,从而使器件截止波长发生变化.     

采用CFD方法对液氮冷却结构进行流体和热分析

低温应用的大功率器件需要设计高冷却效率的液冷室结构。采用计算流体动力学（CFD）方法模拟了以液氮-氮气两相流为制冷剂的空腔结构、微通道结构和扰流柱结构的流动与传热过程。结果表明,相比于空腔结构和微槽道结构,扰流柱结构具有较好的换热能力。圆形扰流柱易发展45°方向支流,而方形扰流柱结构有利于垂直方向流速均匀化。相较于平行排布,扰流柱交错排列时圆形和方形扰流柱结构中流速分布更为均匀。对比对流换热系数发现,交错排布优于平行排布,方形扰流柱优于圆形扰流柱。换热效果最好的结构为交错排布的2 mm方形扰流柱,对流换热系数为4223 W/(m2·K),较空腔结构提高125.83%。采用上述结构进行测试验证,在107.6 W加热功率工况下冷头测温点温度与相同功率下仿真结果有较好的对应性。     

双波段芯片集成封装组件的低温光谱定量化

在同一组件中多芯片多波段的应用中,由于芯片的中心距越来越小,导致某些相邻波段通常被集成制备到一个芯片上。为减小波段串扰,本文针对一体化双波段芯片集成封装组件的低温光谱定量化展开研究,通过制备一体化双波段芯片集成封装组件,并通过波段间物理隔离、金属区物理遮盖等措施将两波段的光束隔离。测试结果表明隔离前后,芯片间光谱串光现象有了明显改善,波段间串扰从8%降到了4%以内,光谱带外响应从6.5%降低至0.78%。为了避免低温工况下物理隔离条与芯片的热失配问题,隔离条采用与芯片衬底完全一致材料。双波段芯片集成封装组件的高低温冲击试验表明,其在有效抑制组件内串扰的同时,也解决了组件内关键部件的热失配问题。     

128×128元氮化镓紫外焦平面读出电路的设计与封装研究

随着GaN基紫外材料的成熟,GaN基紫外探测器迅速发展,半导体紫外探测技术成为继红外和激光探测技术后发展起来的又一新型光电探测技术.GaN基紫外探测器以其固有的量子效率高、可靠性高、使用方便等特点,将在紫外探测、预警、天际及地空通信和紫外弱光成像系统等领域发挥重要作用.读出电路作为紫外焦平面信号调理与输出部分对紫外焦平面组件性能起至关重要的作用.封装是通用传感器组件应用前的一道重要工序,合理的封装结构对组件及系统是必要的.描述了128×128元紫外焦平面读出电路与封装的设计过程,用Cadence与Hspice软件仿真分析了3×3元读出电路的工作点以及封装要考虑的热耗散问题,最后给出了读出电路的工作点与合理封装形式的建议.文中提到的128×128元50 μm×50μm紫外读出电路已设计完成并采用Charter线宽为0.35 μm的2P4MCMOS工艺流片.     

高真空低温下红外探测器窗口吸附物的分析

利用X射线光电子能谱、红外喇曼反射谱和红外透射谱,研究了在超高真空环境下,红外探测器在电老化一段时间后,其表面镀ZnS的Ge窗口材料表面的变化情况。对比电老化前后的两种探测器窗口的实验结果,表明探测器窗口上的吸附物可能来自真空腔内的易放气部件,如连接导线的外皮。     

异型传像光纤束在光电探测系统中的应用

传像光纤束在通讯、医疗、军事、光电探测等领域具有广泛的应用,光电系统与传像光纤束相结合可以简化系统设计,增加系统的灵活性。异型传像光纤柬可以实现信号排列的传输变换,其中最常见的变换是图像重组,重组后的图像通过光电探测器将信号读出,送入后端信号处理系统获得目标信号。从空间应用红外光谱仪、高帧频火焰温度探测和光电成像探测三个系统中异型传像光纤束实际应用出发,对异型传像光纤束进行了简要的介绍。     

不同结构红外光导探测器组件光串分析

红外探测器组件作为目标探测和成像系统的核心器件,其空间分辨能力直接影响着探测系统的成像质量。评估探测器组件空间分辨能力时,常使用调制传递函数(MTF),而探测器组件光学串音是影响探测器组件MTF的主要因素。介绍了一套弥散斑直径为30 m的红外小光点测试系统,并用于测试不同结构红外探测器组件的线扩散函数(LSF)来评价组件的光学串音。测试结果表明:叠层电极结构侧面存在的光响应会导致LSF展宽和次峰等现象,该结果为红外探测器组件光学串音设计提供了参考。