2μm像元间距GaAs/AlGaAs量子阱红外焦平面探测器

量子阱焦平面探测器具有大面阵焦平面探测器重复性和均匀性好、成品率高、成本低等明显的产业化优势,在军民两用领域获得了广泛而重要的应用。为了尽快研制出全国产化高性能量子阱红外焦平面探测器,通过完全正向的器件设计,采用常规光刻和反应离子刻蚀方法,成功研制出87.1%的高占空比320×256长波量子阱焦平面探测器,峰值波长9μm,平均峰值探测率1.6×1010cm·Hz1/2·W-1。第一支样管的噪声等效温差为33.2mK,响应率不均应性8.9%,面阵盲元率1%。在70K温度下获得了1km和4.2km处的建筑物的清晰成像。实验结果充分显示了器件设计的正确性及研制技术的可控性。

可见光拓展InP/InGaAs宽光谱红外探测器

由于标准InP/In0.53Ga0.47As短波红外探测器的响应波段为0.87~1.7μm,在高性能夜视中具有重要的应用。为了进一步利用夜天光在可见光区间的辐射能量,需要将InP/In0.53Ga0.47As短波探测器的光谱响应拓展到可见光,从而实现包含可见光和短波波段的宽光谱探测。通过特殊的材料设计和背减薄工艺,成功研制了可见光拓展的320×256 InP/InGaAs宽光谱红外探测器。采用增加滤光片的方法完成了器件在可见光、短波的成像演示,结果表明：目标在可见光、短波波段呈现出不同的特征信息,而不加滤光片的可见光拓展InP/InGaAs宽光谱红外探测器则探测到两个波段的信息,既包含目标的可见光信息同时也具有短波信息,从而实现了可见/短波双波段探测的效果,可显著提升对目标的探测能力。

InAs/GaSbⅡ类超晶格红外探测器光电特性理论计算

InAs/GaSbⅡ类超晶格是目前国际上公认的制备第三代高性能红外探测器的理想材料之一,具有能带结构可调、波长响应范围宽、量子效率高、利于实现大面积焦平面阵列等独特优势。为了充分利用这一材料的优点,对材料进行优化设计,采用Kronig-Penney模型对材料的能带结构进行了理论计算;同时,利用输运理论的质量和动量平衡方程对材料的光电导特性进行了计算分析,探讨了这类材料进行非制冷探测的优势。计算结果对深入认识该类材料的光电特性,从而对材料及器件进行优化设计具有重要的指导意义。

In_xGa_(1-x)As高性能全固态数字化微光器件

作为全固态微光器件,In x Ga1-x As器件通过调节材料组分x值,其响应波段覆盖夜天光辐射的主要波段,对夜天光的能量利用率高。加之材料量子效率高,器件性能好,可望显著提高夜视系统作战距离;另外,采用半导体常规工艺制作,可完成大面阵、长线列器件制备,无需封装在(超)高真空系统,制备简单;采用CMOS读出电路进行信号数据的读取、传输与放大,有利于进行数据的处理和优化改善。由于具备的以上技术优势,In x Ga1-x As器件成为一种新型的高性能全固态数字化微光器件。In x Ga1-x As器件与传统的微光器件在光电转换原理以及器件制备方面存在不同,决定了两者在性能上存在的差异。文中对此进行了对比分析,分析结果体现了In x Ga1-x As全固态数字化微光器件的技术优势和特点,以及In x Ga1-x As全固态数字化微光器件存在的重要应用和发展需求。

新型GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器暗电流特性

对基于 Ga As/ Al Ga As系子带间吸收的一种新型量子阱红外探测器 ,采用 Poisson方程和 Schrodinger方程 ,计算了新器件结构的能带结构、电子分布特性 ,在此基础上采用热离子发射、热辅助遂穿模型对器件的暗电流特性进行了模拟 ,计算结果与器件实测的暗电流特性吻合得很好 ,说明热离子发射、热辅助遂穿机制是形成器件暗电流的主要构成机制 ,增加垒高、降低阱中掺杂浓度及降低工作温度是抑制器件暗电流的主要途径 ,计算结果对进一步优化器件的设计将起到重要的理论指导作用 .

高性能InP/InGaAs宽光谱红外探测器

In P/In0.53Ga0.47As短波红外探测器是一种高性能的近室温工作器件,从200 K到室温下都能获得较好的器件性能,从而大大降低了对制冷的要求。为了充分利用目标在可见光和短波波段的光谱信息,通过特殊的材料结构设计和器件背减工艺,成功实现了320×256In P/In Ga As宽光谱红外探测器,能够同时对可见光和短波红外响应,并从77 K到263 K工作温度下实现了对人脸、计算机及室外2.3 km处的景物成像。测试样管平均峰值探测率为2×1012 cm Hz1/2/W,光谱响应为0.6~1.7μm,光谱响应测试和成像结果同时验证了In P/In Ga As宽光谱探测器对可见光信号的探测。相比标准的In P/In0.53Ga0.47As短波探测器,In P/In Ga As宽光谱探测器显示了可见/短波双波段探测的效果,大大丰富了探测目标的信息量,可显著提升对目标的识别率。

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。

第三代红外探测器的发展与选择

随着军事应用对高性能、低成本红外技术的需求,红外探测器像元数目从少于100元的一代发展到10万元中等规模的二代,到百万像素的三代,何谓第三代?在众多的材料和器件中,可作为第三代红外探测器的材料以及器件有哪些?在红外探测器技术飞速发展的今天,我们该作如何的选择?结合以上问题,对当前国际上作为第三代红外探测器选择的碲镉汞、量子阱以及Ⅱ类超晶格探测器材料、器件进行了分析,总结了第三代红外探测器的特征,为国内第三代红外探测器的发展提供选择与参考。

国外量子阱红外焦平面探测器的发展概况

以GaAs/AlGaAs为代表的Ⅲ-Ⅴ量子阱红外焦平面探测器因其成熟的材料生长和器件工艺技术,一直是与传统的HgCdTe红外探测器并驾齐驱的红外探测器。近十年来随着对器件结构、机理及器件工艺的不断改进,大面阵Ⅲ-Ⅴ量子阱红外焦平面器件发展显著。本文介绍了量子阱红外焦平面探测器的优越性及存在的问题,当前欧美国家量子阱红外焦平面探测器的最新研究发展、产品现状及应用前景。

锑基Ⅱ类超晶格红外探测器——第三代红外探测器的最佳选择

以多色、大面阵、高性能、低成本为特征的第三代红外探测器是当前红外探测器的发展方向及目标。InAs/GaInSbⅡ类超晶格探测器因为独特的断代能带结构以及自身存在的材料和器件优势,在大面阵长波红外探测器、高温中波红外探测器、中波双色探测器以及甚长波红外探测器领域显示出优异的器件性能和技术成熟性,成为第三代红外探测器技术的最佳选择之一,在世界各国引起了高度的重视和发展。就InAs/GaInSbⅡ类超晶格材料的优越性、存在的问题及近期的发展状况进行了介绍,旨在促进我国InAs/GaInSbⅡ类超晶格技术的发展。

垂直p-n结的碲镉汞光伏探测器暗电流特性分析

如何提高碲镉汞焦平面探测器的制备工艺,降低暗电流直接关系到探测器的噪声和灵敏度。本文对所研制的垂直结碲镉汞光伏探测器在工作条件下的暗电流大小和构成机制进行了模拟分析,理论计算结果和实验结果吻合很好。分析结果进一步反馈了工艺中存在的问题,这对改进工艺、提高器件性能有重要的理论指导作用。

短波红外单光子探测器的发展(特邀)

InP/InGaAs短波红外单光子探测器(SPAD)是目前制备技术较为成熟且获得广泛应用的单光子探测器,通过半导体热电制冷(TEC)即可达到的工作温度(-40℃左右),具有体积小、成本低,方便安装和携带的应用优势;另外,基于常规半导体二极管的芯片制造工艺很容易实现大面阵单光子阵列,除了探测信号,还具备三维数字成像功能。国外包括美国、瑞士、意大利、韩国、日本等对InP/InGaAs SPAD进行了长期持续的研究,目前已研制出单管的货架产品,性能还在不断的优化和改进之中,其单光子探测器阵列呈现了清晰的三维成像效果,正在逐步应用。国内包括重庆光电技术研究所、中国科学院上海技术物理所、西南技术物理研究所、中国科学技术大学、云南大学等对InP/InGaAs SPAD芯片先后进行了器件设计和器件制备研究,目前单管的性能已经达到与国外报道相当的性能。国内单光子探测器阵列的研究获得了一定的进展,但芯片规模和器件性能有待提升。文中对国内外InP/InGaAs短波红外单光子探测器的发展,在设计和研制中存在的问题,以及近10年来的优化改进进行了介绍,重点介绍了高温、高速以及单光子焦平面阵列的发展,并结合新颖的离化工程和新的材料体系发展,分析了未来的短波红外单光子探测器的发展趋势。

HgCdTe阳极硫化膜分析

采用含水硫化的方法对ｐ型ＨｇＣｄＴｅ材料进行了表面钝化。ＸＰＳ分析结果表明，Ｈｇ（０．７３４）Ｃｄ（０．２６６）Ｔｅ表面形成了ＣｄＳ薄膜，膜层里含有少量的Ｔｅ和Ｈｇ，不含氧。

红外探测器材料与器件的发展

红外材料和器件的发展决定了红外技术的发展水平。实现高性能和低成本的红外探测器技术，既是红外技术自身发展的必然，也是一个国家现代化军事和国民经济发展的需求。

新型Sb基二类超晶格红外探测器

InAs/Ga(In)SbⅡ类超晶格材料由于特殊的二型能带结构,可以通过人造低维结构获得类似于体材料的带间吸收,从而获得较高的量子效率;另外,通过调节材料参数调节能带结构,器件响应波段可调;通过能带结构设计抑制俄歇复合,获得较小的暗电流和较高的器件性能。因为以上特有的材料性能和器件特性,Sb基二类超晶格在国际上被认为是第三代红外焦平面探测器的优选材料。对二类超晶格材料的设计和器件特性进行了研究,设计了峰值波长4μm的nBn结构的中波红外探测器,在没有蒸镀抗反膜的条件下,77 K温度下测试得到的峰值探测率为2.4×1011cm Hz1/2W-1,计算得到的量子效率为47.8%,峰值探测率已经接近目前的碲镉汞中波红外探测器器件性能。研究结果充分显示了二类超晶格优越的材料和器件性能。

新型GaAs/GaAlAs非对称量子阱红外光电导探测器

提出一种新型 Ga As/ Ga Al As子带间光吸收的红外光电导探测机理 ,利用 MOCVD系统进行器件材料的生长 ,研制了 2 0 0μm× 2 0 0μm的台面形式单管 ,测到了明显的红外光电流信号及阱间共振遂穿效应造成的负阻震荡现象 ,对器件的性能测试结果表明 ,器件的光电流响应和信噪比随着阱数增加而增加 ,器件噪声比常规 Ga As/ Ga Al

短波紫外光照射对n型碲镉汞探测器的影响

用波长以１８４９和２５３７为主的短波紫外光对经阳极氧化的光电导器件进行一定时间的照射，结果表明，器件探测率和响应率显著提高．

碲镉汞光化学氧化钝化及机理分析

采用光化学氧化钝化方法 ,首次实现了对n型碲镉汞光电导探测器的表面钝化 ;利用XPS分析了不同光化学氧化条件对氧化的影响及氧化物的构成 ,探讨了光化学氧化钝化的机理 ,并对光化学氧化钝化和阳极氧化的两类探测器性能进行了比较。

InAs/GaSbⅡ类超晶格长波红外探测器研究进展

本文系统报道了基于InAs/GaSbⅡ类超晶格(T2SLs)的长波红外探测器的研究进展。从衬底、材料生长以及器件性能角度对比分析了基于GaSb、InAs衬底的各种器件结构的优缺点。分析结果表明,以InAs为衬底、吸收区材料为InAs/InAs1-xSbx、PB1IB2N型的结构为相对优化的器件结构设计,结合ZnS和Ge的多层膜结构设计或者重掺杂缓冲层,同时采用电感耦合等离子体(inductively coupled plasma)干法刻蚀工艺,该器件的50%截止波长可达12μm,量子效率(quantum efficiency)可提升到65%以上,暗电流密度降低至1×10^(-5) A/cm^(2)。并归纳总结了InAs/GaSb T2SLs长波红外探测器未来的发展趋势。

“单光子探测前沿技术”专栏序言

2023年是全面贯彻落实党的二十大精神的开局之年。在全面建设社会主义现代化国家新征程的关键阶段,科技创新是时代进步的源动力。习近平总书记在党的二十大报告中明确指出,“坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位”,把“科技自立自强能力显著提升”作为未来五年主要目标任务之一,在新一代信息技术、人工智能、高端装备等领域培育新的增长引擎,这就迫追切需要光电信息技术提供更加强有力的支撑。单光子探测技术达到了光电探测的极限,涉及芯片等多项“卡脖子”核心技术,是广大科技工作者聚焦的重要方向之一。