非晶态碲化汞薄膜的光电特性研究

利用射频磁控溅射方法在宝石衬底上制备了非晶态碲化汞(HgTe)薄膜材料,以He-Ne激光器(hv=1.96 eV,λ=632.8 nm)作为激励光源,在80～300 K温度范围内,研究了非晶态HgTe薄膜的暗电导σd、稳态光电导σp以及光敏性σp/σd的特性,分析了载流子的导电和复合机制。实验发现,在80～300 K温度范围内,非晶态HgTe薄膜的暗电导和稳定态光电导均具有热激活特性。暗电导存在2个温区:在低温区(80 K≤T≤180 K),激活能约15 meV;在高温区(180 K<T≤300 K),激活能约400 meV。稳定态光电导则存在明显的3个温区:(1)当80 K≤T≤180 K时,光电导具有弱的热激活特性(激活能约20 meV);(2)当180 K<T≤280 K时,光电导具有强烈的热激活特性(激活能约120 meV);(3)当T>280 K时,光电导出现"热淬灭"效应。在温度约280 K时,光电导具有最大值,而光敏性则在约180 K时具有最大值。非晶态HgTe薄膜中存在两种导电机制:定域态电导和扩展态电导,180 K两种导电机制的温度分界点。研究结果表明,非晶态HgTe薄膜很适合制备高工作温度(约180 K)红外探测器。

InAs/GaSbⅡ类超晶格与HgCdTe红外探测器的比较研究

HgCdTe、QWIP和InAs/GaSbⅡ类超晶格被公认是第三代红外焦平面探测器的首选。主要对比分析了HgCdTe和InAs/GaSbⅡ类超晶格红外探测器,InAs/GaSbⅡ类超晶格具有响应波段宽且精确可控、工作温度高、载流子寿命长、暗电流低和均匀性好等优点,使其在甚长波、多色以及非制冷红外焦平面阵列等方面具有广阔的发展应用前景。

叠盖电极技术在SPRITE探测器上的应用

文中主要介绍了叠盖电极技术在SPRITE探测器上的实际应用,并给出了具体实验结果。选择适当的叠盖电极尺寸可以使SPRITE的响应率Rv提高一倍以上,探测率D 普遍提高30%左右,高的可达80%。实验结果表明,叠盖电极技术明显地提高了SPRITE器件的性能,是一种简便的提高SPRITE性能的新途径。

一种新颖的HgCdTe光伏探测器R_0和C_d测量方法

把碲镉汞(HgCdTe)光伏探测器的零偏压结电阻R0和结电容Cd的交流测试法与124A型锁相放大器的特点结合起来,提出了一种新颖的R0和Cd测量方法。该方法简单易行,而且能准确测量出高阻(R0≥1 k?)HgCdTe光伏探测器的零偏压结电阻R0、结电容Cd、响应时间τ和面阻抗(R0A)等参数,并采用标准探测器估算出该系统的测试误差(<5%)。这种方法还可以用来测量其他材料光伏探测器的零偏压结电阻和结电容。

Cd组分x对非晶态Hg_(1-x)Cd_xTe薄膜暗电导的影响

利用射频溅射方法制备了非晶态Hg_(1-x)Cd_xTe薄膜(x=0,0.22,0.50,0.66,1),在80 K^300 K温度范围内,研究了Cd组分x对暗电导的影响。当温度T>210 K时,随着Cd组分增加,暗电导减小;当温度T<210 K,随着Cd组分增加,则暗电导增大;当温度T=210 K时,暗电导几乎与Cd组分无关。这可能是由于随着Cd组分增加,薄膜中的缺陷增加所致。a-Hg_(1-x)Cd_xTe(x=0、0.22、0.50、0.66和1)薄膜中存在扩展态电导和局域态电导,Cd组分x越大,两种导电机制的转变温度Tm也越高。在T=300 K时,利用暗电导的激活能估算出了非晶态Hg_(1-x)Cd_xTe薄膜的迁移率隙Eg,随着Cd组分x增加,迁移率隙Eg微弱减小。

台面PN结InSb红外探测器响应时间研究

分析了光伏In Sb探测器响应时间与量子效率、反向饱和电流的关系,设计出量子效率为0.61~0.56、响应时间为20~60 ps的锑化铟(In Sb)红外探测器,实验制备了台面p^+-on-n结构的探测器。通过I-V、C-V测试验证了制备的器件物理参数与设计值吻合。采用脉冲响应测试了In Sb探测器的响应时间(0.3μs),由于封装和其他分布电容的限制,响应时间测试值与理论计算值存在差距。

日盲单光子紫外探测器的发展

对于诸如高超音速飞行器的早期探测和预警、以及在日盲紫外波段的应用等非常微弱信号的探测来说,可以光子计数的单光子探测器特别令人感兴趣。雪崩光电二极管(APD)具有高速度、高灵敏度和光学增益大等优点。AlGaN合金易于通过改变摩尔组分来选择截止波长。对于在日盲波段实现单光子灵敏度而言,AlGaN APD是最有希望的半导体器件技术。通过对近年来的国内外相关文献资料的归纳分析,介绍了日盲AlGaN探测器的概念,比较了高超音速飞行器的红外与日盲紫外辐射特征,介绍了基于盖革模式与线性模式APD的日盲紫外单光子探测器的发展动态。

不同靶间距下非晶态碲镉汞薄膜生长及厚度均匀性研究

采用射频磁控溅射法在不同靶间距下生长非晶态碲镉汞薄膜并研究其生长速率、择优取向及厚度均匀性。实验结果表明随着靶间距减小及溅射功率增加生长速率增大;不同靶间距下Hg1-xCdxTe薄膜结晶特性差距较大,择优取向为(111)方向;增大靶间距能够有效地提高薄膜厚度均匀性,75 mm靶间距时,50 mm×60 mm及10 mm×10 mm范围内厚度均匀性分别优于7%和1%。

Ⅱ类超晶格双光谱红外探测器光谱串音的量化分析计算

对于起降阶段的各类飞机来说,便携式导弹是主要威胁。以基于Ⅱ类超晶格双光谱红外探测器的机载导弹逼近告警(MAW)系统为应用背景,介绍了光谱串音的定义及计算方法。分别测出两个光谱通道的光谱响应曲线,容易利用MATLAB样条函数积分命令算出两条曲线交叉部分围成的面积,该面积的数值反映了器件光谱串音的大小。给出了所用MATLAB程序,该方法具有实现容易、使用快捷等特点。

即时全球打击(PGS)武器早期预警对光电探测器的需求分析

介绍了在近地空间环境的理想条件下,即时全球打击(prompt global strike,PGS)武器地球曲率限的最大可探测距离的计算方法。根据黑体辐射理论,估算了PGS在短波红外和日盲紫外波段的辐射量值。当PGS飞行速度高于5马赫数时,其辐射峰值波长位于短波红外波段,最适合使用短波红外探测器。虽然与短波红外能量相比,PGS的紫外辐射能量要小得非常多,但其紫外辐射光子个数仍然是一个巨量的值。具有单光子计数能力的短波红外和日盲紫外雪崩光电二极管或有实现PGS早期预警及最大可探测距离的潜力。

InAs/(In)GaSbⅡ类超晶格红外探测器研究现状

InAs/GaSbⅡ类超晶格具有优越的材料性能,量子效率高,暗电流小,能带结构可调,在国际上被认为是第三代红外焦平面探测器的优选材料。对目前Ⅱ类超晶格红外焦平面在国外的发展状况、现有的材料技术、探测器技术以及潜在的应用进行了介绍,旨在尽快发展属于我国的第三代InAs/(In)GaSbⅡ类超晶格红外探测器技术。

退火对非晶态碲镉汞薄膜微结构和光敏性的影响

对射频磁控溅射生长的非晶态碲镉汞(a-MCT)薄膜在真空状态下进行退火,并通过X射线衍射(XRD)技术指出原生及低于125℃退火后的MCT薄膜均为非晶态。采用双体相关函数g(r)和电学测试系统研究了退火对a-MCT薄膜微结构和光敏性的影响。结果表明:经110℃、115℃和120℃退火后的a-MCT薄膜短程有序畴Rs由退火前的13.9分别增大至17.9、20.8和26.2;光敏性则由原来的1.17,分别增加至退火后的2.01、2.67和4.25。

提高红外器件磁控溅射沉积镀膜厚度均匀性的一种方法

介绍了一种提高红外器件磁控溅射沉积镀膜厚度均匀性的方法。这种方法被称为基片离心旋转法,是在保持磁控溅射靶不动及靶和样品台间距不变的情况下,通过样品台离心旋转的方法,补偿或改善圆形磁控靶在正对的基片上沿径向的溅射沉积不均匀分布,是一种动态沉积法。这种方法可以在不改变磁控靶结构的情况下大大提高磁控溅射沉积镀膜的厚度均匀性。

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(Hg_(1-x)Cd_xTe,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。

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）。对于包括低光子数在内的各种探测器应用，国外已经实现了高增益（-7×10^3）、过剩噪声因子接近于1、THz增益带宽积、皮秒级快速响应的MCT／EAPD器件。在对国外部分文献进行归纳与分析的基础上，主要介绍了近年来有关MCT／EAPD的基础问题、器件结构、技术发展以及性能指标等方面的现状。

叠盖电极高性能SPRITE探测器

由于扫出效应 ,载流子大量聚集在邻近电极的区域 ,但电极处的强复合作用使SPRITE读出区光生载流子数衰减很多 ,采用叠盖电极技术可以有效地阻止载流子在地电极处的快速复合 ,读出区中光生非平衡载流子总数为无叠盖电极时的 2 .18倍 ,输出信号大幅度提高。该技术对现有工艺的改变极小 ,是一种比较现实的提高SPRITE探测器性能的有效办法。叠盖电极用于SPRITE探测器 ,可明显提高性能。

基于探测距离的军用红外探测器分类

介绍了在引入地球半径的理想条件下计算红外探测器最大探测距离(L)的方法。指出最大探测距离与探测器所在位置的高度以及点源目标的高度密切相关。根据探测距离的量值,可以将军用红外探测器分为3类:第Ⅰ类,探测距离L<50km;第Ⅱ类,50km≤L<500 km;第Ⅲ类,500km≤L<1500km。

热电制冷HgCdTe中波红外探测器的研制

利用碲镉汞(HgCdTe)体晶材料,采用HgCdTe材料拼接技术、磨抛技术等成熟的探测器芯片制备工艺以及三级热电制冷技术,设计并研制出了热电制冷型13元HgCdTe中波红外光导探测器。在-50℃时,峰值电压响应率可达2.7×104 V/W,峰值探测率达到2.3×1010 cm·Hz1/2·W-1,响应波段在3.0~4.6mm之间,峰值响应波长为4.2mm。

HgCdTe光伏探测器反偏暗电流机制分析

HgCdTe光伏探测器在第二代和第三代红外探测器中处于主流地位。如何降低探测器的暗电流直接关系到探测器的噪声和灵敏度,其分析计算方法有多种。运用Synopsys半导体器件模拟软件对HgCdTe pn结各种机制下的反偏暗电流和动态微分电阻进行了模拟计算。计算结果和相关文献报道的结果以及试验测试结果都吻合很好。

碲镉汞材料导电类型转换研究的发展

导电类型转换(CTC)描述了掺杂或非故意掺杂碲镉汞(MCT)材料导电特性的p-to-n或n-to-p的改变过程。对CTC机制的深入理解涉及物理、电学和化学等多种学科。迄今为止的相关进展主要是经验性的。主要通过对近年来部分英文文献进行归纳分析,以离子束研磨工艺为重点,介绍了MCT/CTC的研究进展。