红外探测器电极设计

针对红外探测器芯片使用的电极体系展开了调研,虽然国内、外很多红外探测器生产厂商、科研院所都公布了各自的电极体系,但是对于电极的设计很少有人提及,对于电极体系中各层薄膜的厚度设计更是鲜见。本文通过对常用电极材料的物理特性分析,设计了一种电极体系。验证试验结果表明这种电极体系未对器件性能造成影响,可以满足器件的可靠性要求。

锑化铟焦平面器件背面的湿法腐蚀技术研究

湿法腐蚀可以有效地去除芯片在背减薄过程中因机械作用产生的损伤,提升器件的量子效率。为了获得一种合适的湿法腐蚀方法,研究了以氢氟酸、盐酸和乳酸为主的3种不同体系的酸性锑化铟腐蚀液。通过金相显微镜和原子力显微镜的表征结果选取最优的腐蚀液体系。在此基础上继续优化了氢氟酸腐蚀液的浓度和配比,研究了腐蚀液的腐蚀速率和一致性。最后,使用优化后的腐蚀液处理锑化铟芯片,研究了该芯片在77 K温度下的性能。电平图结果显示,该腐蚀液可以有效地去除芯片表面的损伤,而且器件电压信号Vs达到485 mV。湿法腐蚀技术成功应用于芯片背减薄后的表面处理,对于锑化铟背面处理技术的研究有重要意义。

红外探测器制备中不同镀金层的对比分析

针对红外探测器制备过程中的多种镀金工艺展开了研究,通过对不同工艺制备的镀金层进行扫描电镜观察,发现不同的镀金工艺制备的样品存在较大的差异。电镀金层的晶粒直径为2~3μm,真空蒸发镀金的晶粒直径为100~600nm,离子束溅射镀金的晶粒直径在30~70nm之间。对不同的方法制备的金层与铟焊料的扩散速度进行了试验及分析,发现晶粒尺寸越小铟的扩散速度越快。

锑化铟红外探测器的微透镜阵列设计及试验

台面型锑化铟红外焦平面探测器的制作工艺简单,量子效率高,但是填充因子较低且会随着像元尺寸的减小而进一步降低。减小台面腐蚀深度可以提高探测器的填充因子,但会增大串音。介绍了一种新型微透镜阵列的设计与制备方法,以提高锑化铟红外探测器的填充因子并减小串音。与现有的热回流微透镜阵列相比,该微透镜阵列的填充率、表面粗糙度以及尺寸均匀性能得到了较好的兼顾,可直接在锑化铟红外探测器表面制作,工艺简单。结果显示,探测器的串音降低26%,光响应提高22%。

锑化铟红外探测器的三维电极成型技术

锑化铟的电极因三维特性易产生侧壁断裂问题,互联的铟柱会侵入电极内部,影响锑化铟芯片的可靠性。使用离子束溅射沉积、热蒸发、磁控溅射等方法制备三维电极体系,并通过聚焦离子束(Focused Ion Beam, FIB)方法以及扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)对其进行表征。结果表明,通过热蒸发、磁控溅射制备的电极三维覆盖情况较好,但存在电极脱落和剥离困难的问题;离子束溅射沉积方法可通过改变沉积角度、移除修正挡板来实现锑化铟三维电极的高质量制备。

InSb焦平面芯片的响应率提升研究

InSb光伏探测器的响应率是评价探测器性能的重要指标之一。探测器的电压信号与响应率成正比。从光敏芯片的角度提出了增大InSb红外探测器信号的方法。通过实验设计,优化了台面湿法刻蚀的方法,减小了芯片p型层的厚度。优化台面刻蚀方法使台面面积增加,InSb芯片的I-V电流增大了40%,组件的电压信号值提升了16%。进一步将InSb芯片的p型层厚度减小至0.8~1.2μm后,InSb芯片的I-V电流增大了67.3%,单元组件的电压信号值提升了40.2%。基于InSb光敏芯片光生载流子的产生到光电流的转换过程,分析了台面湿法刻蚀以及p型层的厚度对信号的影响机理。该研究对于提升InSb探测器信号和优化探测器性能具有重要的指导意义。

平面PN结InSb红外焦平面探测器的研究

研究了基于Be离子注入技术的平面型和Cd扩散技术的台面型锑化铟红外焦平面阵列(IRFPA)探测器芯片工艺流程。并进行了芯片I-V、成像结果等对比测试,Be离子注入平面型器件和扩散台面型芯片的性能水平相当,具备一定的工程应用水平。

CdS肖特基紫外探测器的研制

基于微电子平面工艺,采用电子束蒸发Pt方法,制备了基于Cd S材料的肖特基紫外探测器。对该器件的I-V特性、光谱响应率、量子效率等参数进行了测试,结果表明器件具有良好的整流特性,室温零偏压下光谱响应范围250~500 nm,在500 nm波长处达到最大光谱响应率0.285 A/W,量子效率为75.3%。并根据热电子发射理论对测试结果进行了计算得到理想因子为1.024,肖特基势垒高度为0.859 e V。

512×8像素级数字化长波红外探测器研究

像素级数字化红外探测器具有更高的性能水平和更强的抗干扰能力,是红外探测器技术发展的重要方向之一。通过突破像素级数字化读出电路设计、低峰谷碲镉汞材料外延、器件制备工艺以及倒装互连等关键技术,研制出了一种512×8像素级数字化长波红外探测器组件,并对其性能进行了测试。此探测器的响应波段为7.85~10.17 m,平均峰值响应率为1.4×1011 LSB/W,响应率非均匀性为9.13%,有效像元率为97.5%,噪声等效温差(Noise Equivalent Temperature Difference,NETD)为4.4 mK,动态范围为90.6 dB。测试结果表明,该探测器能够满足系统要求。

InSb红外探测器组件的无输出问题研究

研究了InSb红外探测器组件的无输出问题。通过故障分析确定探测器的失效部件为InSb芯片。结合器件结构和工艺,对InSb器件的失效机理进行了研究。发现器件在去胶工艺中有光刻胶残留,在后续的钝化工艺中会生成难以腐蚀去除的沾污层,导致电极膜层存在可靠性隐患。经历高温、振动等环境试验后电极浮起,导致了探测器组件的无输出问题。

高光谱红外探测器组件的研究进展

描述了国外高光谱红外焦平面探测器组件的发展状况和工程应用情况,并介绍了国内高光谱红外焦平面探测器组件的研究进展。通过分析高光谱红外焦平面探测器的性能特点,提出了高光谱红外焦平面探测器的研究重点。

短/中波双色碲镉汞红外探测器制备研究

报道了基于分子束外延的短/中波双色碲镉汞材料及器件的最新研究进展。采用分子束外延方法制备出了高质量的短/中波双色碲镉汞材料,并通过提高材料质量将其表面缺陷密度控制在300 cm-2以内。在此基础上进一步优化了芯片制备工艺,尤其是在减小像元中心距方面作了优化。基于上述多项材料及器件工艺制备出了320×256短/中波双色碲镉汞红外探测器组件。结果表明,该组件的测试性能及成像效果良好。

光敏聚酰亚胺在硫化镉紫外器件中的应用

介绍了光敏聚酰亚胺的特性及应用情况,将其引入到硫化镉紫外器件制作中,通过实验研究开发并掌握一种正性光敏聚酰亚胺的光刻工艺,亚胺化后将其作为硫化镉器件的表面钝化层,经过实验验证其粘附牢固度和光电性能满足使用要求。同时该光敏聚酰亚胺的应用能够简化近40%的制作工艺,提高了硫化镉紫外器件的生产效率和成品率。

InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外焦平面探测器研究

InAs/GaSb Ⅱ类超晶格材料是第三代红外焦平面探测器的优选材料。报道了一种面阵规模为320×256、像元中心距为30 m的InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外焦平面器件。在77 K时,该器件的平均峰值探测率为7.6×1010 cm·Hz1/2·W^(-1),盲元率为1.46%,响应非均匀性为7.55%,噪声等效温差(Noise Equivalent Temperature Difference,NETD)为25.5 mK。经计算可知,这种器件的峰值量子效率为26.2%,50%截止波长为9.1 m。最后对该器件进行了成像演示。结果表明,该研究为后续的相关器件研制奠定了基础。

InSb红外焦平面探测器十字盲元问题的研究

InSb红外焦平面探测器在中波红外波段占据重要地位,但十字盲元问题严重降低了探测器的性能。通过聚焦离子束定位剥离手段,发现了十字盲元区域的铟凸点失效。进一步检测发现,铟凸点制备参数欠佳。通过改进铟凸点形状和增加高度,加强了焊接面的牢固度。此后发现极少InSb器件存在十字盲元问题。在80℃下对铟凸点改进后的InSb红外器件进行了14天烘烤。经测试,十字盲元数目保持不变,铟凸点的可靠性较好。改进铟凸点制备技术可有效解决十字盲元问题。互连失效是十字盲元问题的主要原因。以此类推,该方法可解决所有InSb红外器件的十字盲元问题。

短/中波双色碲镉汞红外探测器性能分析研究

介绍了国内外双色红外探测器的发展现状,并报道了中国电子科技集团公司第十一研究所(以下简称“中电十一所”)自行研制的像元间距为30 m的Si基320×256短/中波双色红外探测器的性能。在77 K测试条件下,短波和中波两个波段的盲元率分别为0.88%和1.47%,平均峰值探测率分别为2.21×10^12 cm·Hz^1/2·W^-1和2.13×10^11 cm·Hz^1/2·W^-1,后截止波长分别为3.129μm和5.285μm,且短波向中波波段的光谱串音为1.38%,中波向短波波段的光谱串音为2.82%。同时,该探测器在双波段具有较好的成像效果,为后续更大面阵、更佳性能的多波段探测器研究提供了基础。

基于可靠性试验的InSb红外探测器失效机理研究

对于芯片加速寿命可靠性试验来说,温度是其中最重要的一环。首先,立足于芯片可靠性试验中温度的变化,探究高温烘烤对InSb红外探测器芯片光电性能的影响;然后对盲元的类型进行了分类,并总结出了像元损伤的可能原因;最后利用有限元分析软件对探测器结构进行了热应力仿真和分析,进一步明确了芯片碎裂的机理。由仿真结果可知,芯片中心位置受力较大,其值在680 MPa左右,这与InSb探测器中心位置易发生疲劳失效现象相吻合。提供了一种研究InSb探测器失效机理的新思路,对于高性能InSb红外探测器的研制具有一定的实际指导意义。

钝化膜应力对锑化铟器件性能的影响

随着InSb红外探测器关键尺寸的不断缩小,钝化膜应力的大小对器件I-V性能的影响越发明显。为了降低探测器芯片的应力,研究了一种由SiO2和SiON组成的复合钝化膜体系。通过改变气体的射频时间,在InSb晶片上淀积厚度分别为300 nm、500 nm、700 nm和900 nm的钝化膜,测量并计算了不同厚度钝化膜的应力。当厚度为700 nm时,钝化膜的应力最小值为-1.78 MPa。研究了具有不同应力钝化膜的器件的I-V特性,发现厚度为700 nm时InSb芯片具有更加优异的I-V特性。通过调整复合钝化膜的厚度,降低了钝化膜的应力,有效地提升了InSb探测器的性能。

圆柱-翼型干涉流场及噪声数值模拟研究

本文采用Ffowcs Williams and Hawkings(FW-H)声类比法对圆柱-翼型干涉流场在来流翼弦雷诺数Rec=4.8×105条件下的噪声指向性分布规律进行了研究。研究了不同精度的湍流求解方法RANS和DDES对流场中速度分布以及非定常速度脉动的预测准确性,进一步对流场中不同位置的声压级进行预测。通过与实验数据对比,验证并且评估FLUENT中FW-H气动噪声模型的精度,最后对圆柱翼型间的不同距离和来流速度对各个噪声监测点的总声压级影响进行了研究,讨论其对噪声的影响规律及噪声的指向性分布规律。本文研究结果有助于验证气动模型准确性,对于下一步采用该模型预测其它复杂结构产生的气动噪声问题具有指导意义。

The role of hydrogen in negative bias temperature instability of pMOSFET

The NBTI degradation phenomenon and the role of hydrogen during NBT stress are presented in this paper. It is found that PBT stress can recover a fraction of Vth shift induced by NBT1. However, this recovery is unstable. The original degradation reappears soon after reapplication of the NBT stress condition. Hydrogen-related species play a key role during a device＇s NBT degradation. Experimental results show that the diffusion species are neutral, they repassivate Si dangling bond which is independent of the gate voltage polaxity. In addition to the diffusion towards gate oxide, hydrogen diffusion to Si-substrate must be taken into account for it also has important influence on device degradation during NBT stress.