基于时间序列的红外探测器响应特性漂移评价

红外探测器响应特性漂移严重影响成像质量和系统性能。针对红外探测器响应特性漂移缺乏有效评价指标、难以建模和评价的问题,本文将红外探测器输出的序列图像看作时间序列数据,基于时差图像定义漂移度和漂移熵评价指标,用于评价红外探测器响应特性漂移程度,并提出了一种基于时间序列预测的红外探测器响应特性漂移评价方法。采用仿真数据和真实数据进行实验,结果表明,本文提出的漂移度和漂移熵评价指标可以有效度量响应特性漂移程度,所提出的评价方法可以实现对红外探测器响应特性漂移的建模和有效预测评价,研究工作可用于辅助选择合适的红外探测器及其非均匀性校正算法以提高红外成像系统性能。

InAs/GaSb二类超晶格中/短波双色红外焦平面探测器

InAs/GaSb超晶格材料已经成为了第三代红外焦平面探测器的优选材料。开展了InAs/GaSb二类超晶格中/短波双色焦平面探测器器件结构设计、材料外延、芯片制备,对钝化方法进行了研究,制备出性能优良的320×256双色焦平面探测器。首先以双色叠层背靠背二极管电压选择结构作为基本结构,设计了中/短波双色芯片结构,然后采用分子束外延技术生长出结构完整、表面平整、低缺陷密度的PNP结构超晶格材料。采用硫化与SiO2复合钝化方法,最终制备的器件在77 K下中波二极管的RA值达到13.6 kΩ·cm^2,短波达到538 kΩ·cm^2。光谱响应特性表明短波响应波段为1.7~3μm,中波为3~5μm。双色峰值探测率达到中波3.7×10^11cm·Hz^1/2W^-1以上,短波2.2×10^11cm·Hz^1/2W^-1以上。响应非均匀性中波为9.9%,短波为9.7%。中波有效像元率为98.46%,短波为98.06%。

锑化物红外探测器国内外发展综述

锑化物探测器是当前主要的红外探测器类型之一,主要包括InSb、InAsSb、InAlSb以及II类超晶格(T2SL)等红外探测器,覆盖红外短、中、长波。锑化物探测器在精确制导、机载光电、视觉增强、天文观测、气象卫星、火灾告警、人员搜救等军事和民用领域都有广泛应用。当前红外探测器已经全面进入第三代发展阶段,锑化物红外探测器也不断出现新技术、新特点和新应用。本文详细分析了锑化物红外探测器的国内外发展现状、工艺路线、技术特点等,并对锑化物红外探测器未来的发展趋势进行了预测。

InAs/InAsSb超晶格红外中/中波双色焦平面探测器研制

超晶格材料已经成为了第三代红外焦平面探测器的优选材料。双波段红外探测器能够通过对比两个波段内的光谱信息差异,对复杂的背景进行抑制,提高探测效果,在需求中尤为重要。本文开展了InAs/InAsSb超晶格中/中双色焦平面探测器设计及制备技术研究,从器件设计、材料外延、芯片加工等方面展开研究,制备了中心距30μm的320×256 InAs/InAsSb二类超晶格中/中波双色焦平面探测器。器件短中波峰值探测率达到7.2×10^(11)cm·Hz^(1/2)W^(-1),中波峰值探测率为6.7×10^(11)cm·Hz^(1/2)W^(-1),短中波有效像元率为99.51%,中波为99.13%,获得了高质量的成像效果,实现中中双色探测。

基于InSb的新型红外探测器材料(特邀)

InSb单晶是制备工作于中波红外大气窗口(3~5μm)光子型探测器的典型光电转换材料,采用该单晶材料所制备的InSb红外探测器以高性能、大规格像元阵列、高稳定性和相对低成本为特点,广泛应用于军用红外系统和高端民用红外系统领域。然而,InSb红外探测器响应波长范围固定不可调节、响应仅限于短中波红外而对长波红外无响应、相对有限的载流子寿命制约器件高温工作性能等固有特点,限制了该型探测器在工程中的广泛应用。文中系统地介绍了基于InSb材料人们为改进上述不足所开展的新型材料及其光电响应方面的研究结果。这些材料主要包括:采用合金化方法改变InSb组分形成新型多元合金材料、采用量子结构形成新型低维探测材料。对于新型合金材料,介绍了材料的合金相图、带隙与合金组分的关系、带隙的温度关联特性,并给出采用该材料制备器件的典型光电性能;对于量子结构材料,介绍了材料的制备方法、带隙与量子尺寸的关系,以及采用该材料制备原型器件的典型光响应特性。最后,对新型InSb基红外探测材料与器件的发展趋势、关键问题、研究重点进行了探讨。

InSb红外焦平面阵列探测器湿法刻蚀

随着大规模InSb红外焦平面(FPA)器件的发展,探测器制备的传统湿法刻蚀工艺已越来越难以满足新工艺要求。介绍了一种用于制备InSb红外焦平面探测器的新湿法刻蚀工艺:使用适当比例的柠檬酸/H2O2系刻蚀剂代替现有乳酸/硝酸系刻蚀剂,同时采用N2气泡搅拌刻蚀装置来辅助刻蚀。通过实验对比分析表明,新刻蚀工艺可以很好地解决原湿法刻蚀横向刻蚀和下切效应,提高了刻蚀均匀性和平整度,减小了表面粗糙度,并明显降低了InSb器件的漏电流,提高了电性能。

锑化物中/中波双色红外探测器研究进展

面对第三代红外探测器对多波段探测的需求,中/中波双色同时获取两个波段的目标信息,对复杂的背景进行抑制,可以有效排除干扰源的影响,提高了探测的准确性,增强了在人工及复杂背景干扰下的目标识别能力,因此中/中波双色探测器设计和制备最近快速发展起来。锑化铟红外探测器通过分光可实现两个中波波段的探测,锑化物Ⅱ类超晶格探测器通过能带结构设计实现多波段探测。本文阐述了锑化物中/中波双色红外探测器的主要技术路线和目前研究进展,与传统InSb双色探测器相比,中/中波双色超晶格红外器件用于红外成像探测具有鲜明的特点和优势,但需要在探测器结构设计、锑化物超晶格材料生长、阵列器件制备等方面进行进一步研究,以提高探测性能,满足工程化应用需求。

高工作温度InAlSb红外探测器的研究进展

概括了国外InAlSb红外探测器的研究现状、材料性质以及发展趋势,并介绍了几种不同的器件结构及其性能情况。InAlSb/InSb红外探测器的设计目标主要是通过抑制暗电流来提高探测器的工作温度。近年来,基于传统InSb探测器的成熟工艺与技术,InAlSb探测器的性能得到了不断提升。该研究对红外制导、预警等军事领域具有重要的研究意义和应用价值。

分子束外延InAlSb红外探测器光电性能的温度效应

采用分子束外延生长方法在In Sb(100)衬底上生长p^+-p^+-n-n^+势垒型结构的In_(1-x)Al_xSb外延层。运用X射线衍射对材料的晶体质量及Al组分进行测试和表征,In Al Sb外延层的半峰宽为0.05°,表明外延材料的单晶性能良好,并通过布拉格方程和维戈定律计算出Al组分为2.5%。然后将外延材料制备成多元红外探测并测得77~210 K下的光谱响应曲线,实验发现探测器的截止波长从77 K时的4.48μm增加至210 K时的4.95μm。通过数据拟合得出In_(0.975)Al_(0.025)Sb禁带宽度的Varshni关系式以及其参数E_g(0)、α和β的值分别为0.238 6 e V,2.87×10^(-4 )e V/K,166.9 K。经I-V测试发现,在110 K,-0.1 V偏压下,器件的暗电流密度低至1.09×10^(-5 )A/cm^(-2),阻抗为1.40×10~4Ωcm^2,相当于77 K下In Sb探测器的性能。同时分析了温度对器件不同类型的暗电流的影响程度,并得到器件的扩散电流与产生-复合电流的转变温度约为120 K。

面阵探测器相连缺陷元识别定位

面阵探测器相连缺陷元的光电信号与正常元基本相同,因此采用现有面阵测试方法无法识别相连缺陷元.针对相连缺陷元的特点,提出了借助改变面阵探测器光电响应的方法来实现相连缺陷元的识别定位.实验结果表明,该方法使面阵探测器分为两个不同透过率探测单元,多元相连缺陷元响应电压是相对应的两个不同透过率探测单元响应电压之和的平均值.采用MATLAB软件对测试数据进行分析处理,分析结果清晰给出缺陷元诸如个数、形状和位置等详细信息.采用本方法面阵探测器相连缺陷元可以被显著识别定位.研究结果为今后的面阵探测器评测与可靠性提高提供了参考.

InSb面阵探测器铟柱缺陷成因与特征研究

通过基于正性光刻胶的不同像元尺寸铟柱阵列及器件制备,研究In Sb面阵探测器铟柱缺陷成因与特征.分别研制了像元尺寸为50μm×50μm、30μm×30μm、15μm×15μm的面阵探测器的铟柱阵列,并制备出In Sb面阵探测器,利用高倍光学显微镜和焦平面测试系统对制备的芯片表面形貌、器件连通性及性能进行了检测与分析.研究结果表明:当像元尺寸为50μm×50μm时,芯片表面形貌和器件连通性测试结果较好;随着像元尺寸减小,芯片表面会出现铟柱相连或铟柱缺失缺陷,器件连通性测试结果与表面形貌相吻合.铟柱相连缺陷是由光刻剥离时残留铟渣引起的铟相连造成;铟柱缺失缺陷是由光刻时残留光刻胶底膜引起的铟柱缺失造成.器件相连缺陷元的响应电压与正常元基本相同,缺失缺陷元的响应电压基本为0,其周围最相邻探测单元响应电压相比正常元增加了约25%.器件缺陷元的研究结果,对通过优化探测器制作水平提升其性能具有重要参考意义.

InAs/GaSb超晶格探测器台面工艺研究（英文）

InAs/GaSb SLs探测器台面刻蚀常用的工艺有干法刻蚀和湿法刻蚀。研究了三种等离子刻蚀气体(Cl2基,Ar基和CH4基)对超晶格的刻蚀效果,SEM结果表明,CH4基组分能够得到更加平整的表面形貌和更少的腐蚀坑;之后采用湿法腐蚀工艺,用于消除干法刻蚀带来的刻蚀损伤,分别研究了酒石酸系和磷酸系两种腐蚀溶液的去损伤效果,结果表明,磷酸系腐蚀液的去损伤效果更好,且腐蚀速率更加稳定。采用优化的台面工艺制备了InAs/GaSb SLs探测器,其I-V特性曲线表明二极管具有较低的暗电流,其77 K时动态阻抗R0A=1.98×104Ωcm2。

320×256 InAs/GaSb超晶格中/短波双色探测器组件研制

InAs/GaSb超晶格材料制备的新型红外器件在最近十几年得到了迅速发展。文中开展了InAs/GaSb二类超晶格中/短波双色焦平面探测器组件研制,设计了中/短波双色叠层背靠背二极管芯片结构,用分子束外延技术生长出结构完整、表面平整、低缺陷密度的PNP结构超晶格材料,制备出性能优良的320×256双色焦平面探测器组件,对探测器组件进行了测试分析。结果显示,在77 K下中波二极管RA值达到26.0 kΩ·cm^2,短波的RA值为562 kΩ·cm^2。光谱响应特性表明短波响应波段为1.7~3μm,中波为3~5μm,满足设计要求。双色峰值探测率达到中波3.12×10^11cm·Hz1/2W^-1,短波1.34×10^11cm·Hz1/2W^-1。响应非均匀性中波为9.9%,短波为9.7%。中波有效像元率为98.46%,短波为98.06%。

用响应和串音识别焦平面探测器相连缺陷元研究

采用高倍光学显微镜和焦平面探测器测试系统对焦平面探测器相连缺陷元进行了测试分析,研究了焦平面探测器相连缺陷元的成因。研究结果表明:借助高倍光学显微镜很难识别相连缺陷元;采用焦平面探测器响应测试系统进行测试时,相连缺陷元的响应电压与正常元基本相同,相连缺陷元无法被识别;采用焦平面探测器串音测试系统进行测试时,相连缺陷元之间串音为100%,明显不同于正常元,此时两元相连缺陷元响应电压是正常元响应电压的二分之一,相连缺陷元可以被有效识别。光刻腐蚀引入的台面或电极相连,以及光刻剥离引入的铟柱相连导致了缺陷元的产生;通过光刻腐蚀、剥离工艺优化,可以有效减少焦平面探测器相连缺陷元。

Pt/CdS Schottky紫外探测器的光电性能研究

制备了Pt/CdS Schottky紫外探测器，对Pt/CdS Schottky紫外芯片对中波红外（3～5μm）的透过率进行了研究，并对器件光电性能进行了测试分析。通过优化 Pt 电极制备条件及对 SiO2增透膜的研究，使Pt/CdS Schottky紫外芯片对中波红外波段的透过率达到85%。室温300 K下，所制备Pt/CdS Schottky紫外探测器在零偏压处的背景光电流为-0.063 nA，在＋6 V时的暗电流密度为7.6×10^-7 A/cm^2，R0A达到7.2×10^4Ω·cm^2，其50%截止波长为510 nm。

考虑底充胶固化过程的InSb面阵探测器结构分析模型

液氮冲击中In Sb面阵探测器的易碎裂特性制约着探测器的成品率,建立适用于面阵探测器全工艺流程的结构模型是分析、优化探测器结构的有效手段.本文提出了用底充胶体积收缩率来描述底充胶在恒温固化中的体积收缩现象,同时忽略固化中底充胶弹性模量的变化来建立底充胶固化模型,给出了底充胶在恒温固化中生成的热应力/应变上限值.借鉴前期提出的等效建模思路,结合底充胶固化后的自然冷却过程和随后的液氮冲击实验,建立了适用于In Sb面阵探测器全工艺流程的结构分析模型.探测器历经底充胶固化、自然冷却至室温后的模拟结果与室温下拍摄的探测器形变分布照片高度符合.随后模拟液氮冲击实验,得到面阵探测器中累积的热应力/应变随温度的演变规律,热应力/应变值极值出现的温度区间与液氮冲击实验结果相符合.这表明所建模型适用于预测不同工艺阶段中面阵探测器的形变分布及演变规律.

湿热环境对PbS光导探测器可靠性影响

叙述了PbS薄膜的化学水浴制备方法及PbS薄膜形貌、性能测试及湿热环境(相对湿度95%)试验的过程,阐述了PbS探测器芯片经湿热环境试验后暗阻等性能参数的变化情况,分析了其原因和相关机理。短时间(1 h)内湿热环境下,其性能参数变化在5%以内,在持续24 h的潮湿环境后,PbS的暗阻增大50%以上。在之后的2×24 h、3×24 h、4×24 h、5×24 h湿热环境下,暗阻值增量随时间递增呈正比例关系。当潮湿试验进行到7×24 h后,部分试验样件无法测试出响应信号,样件失效。

用激光调阻法提高线列光导PbS焦平面探测器性能

首次在国内报道了用激光调阻法提高线列1×128光导PbS红外焦平面探测器性能的研究成果.针对PbS探测器芯片的特点,用激光调阻法对采用负载电阻分流型电路的焦平面探测器的背景输出电平进行平坦化研究.实验结果表明,用激光调阻使背景电平平坦化之后,通过优化器件的工作参数,探测器平均黑体响应率由4.45×106V/W提高到8.82×106V/W;平均黑体探测率由6.52×109cm·Hz1/2·W-1提高到1×1010cm·Hz1/2·W-1;动态范围由46 dB提高到52 dB.研究结果为今后的薄膜型焦平面探测器实用化提供了参考.

光导PbS焦平面探测器制备中负载电阻的选取

负载电阻分流方式通常用于消除光导PbS探测器的背景电流,其中各探测单元光敏元电阻与相对应负载的阻值可以相等,也可以成一固定比例。为研究不同负载电阻均可应用于光导PbS焦平面探测器,采用尺寸同为100μm×100μm的光敏元、分别为100μm×100μm和200μm×50μm的负载研制了线列1×128光导PbS红外焦平面探测器。利用红外焦平面测试系统对不同负载电阻制备的器件性能进行了测试与分析。研究表明,采用不同负载电阻均获得了性能正常的器件;在相同的光敏元工作参数下,器件的平均黑体响应率、平均黑体探测率基本一致,负载对其均无影响。研究结果验证了仅通过调节负载电阻即可使器件背景输出电平平坦化的可行性。

用于识别面阵探测器相连缺陷元的新型光学滤光片（英文）

相连缺陷元识别一直是面阵探测器研究难点。面阵探测器相连缺陷元的光电信号与正常元基本相同,因此采用现有面阵测试方法无法识别相连缺陷元。提出了一种新型光学滤光片来识别面阵探测器中的相连缺陷元。在提出的滤光片结构中,有两种不同透光率、且交错排列的阵列组成。采用该滤光片后,相连缺陷元的响应电压值是正常单元响应电压的50%,面阵探测器相连缺陷元可以被显著识别。