CO_2激光对HgCdTe焦平面器件热力作用的理论分析

利用有限元分析方法,对CO2连续激光辐照HgCdTe红外焦平面器件的温升效应和热应力效应进行模拟计算,模型的建立加入了In柱对实验的影响。对温度及热应力分布进行分析,结果表明,探测器的温度分布随着激光辐照时间的增加而出现明显的变化。在感光层与In柱阵列的交界面上所产生的热应力对HgCdTe红外焦平面器件造成的损伤有可能先于温升损伤而发生。

长波HgCdTe光导探测器液氮温度电阻和室温电阻比值计算

研究了长波ＨｇＣｄＴｅ光导探测器液氮温度电阻和室温电阻比值计算问题。结果表明：制成器件后，表面电导、材料电导率的变化和背景辐射都将使器件液氮温度的电阻减小，进行这三项修正后。

光导HgCdTe探测器电阻和性能的关系

为描述光导ＨｇＣｄＴｅ探测器低温与室温不同的导电机构，本文定义了一个易于测量的参数γ——液氮温度与室温电阻之比．实验结果表明：多数情况下。

n-HgCdTe光导器件的两种表面钝化研究

利用 Ar+束溅射沉积技术实现了 Cd Te薄膜的低温生长 ,利用电化学方法进行了 Hg Cd Te表面自身阳极氧化膜的生长 ,利用生长的 Cd Te介质膜和 Hg Cd Te表面自身阳极氧化膜对 n- Hg Cd Te光导器件进行了表面钝化 .对两种器件的电阻、各项性能指标进行了测量分析 ,实验表明得到的 Cd Te/ Hg Cd Te界面质量已达到器件实用化水平 .

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。

HgCdTe MIS器件的制备及其界面电学特性的研究(上)

介绍了HgCdTe MIS器件的制备及由其C-V特性计算、分析界面电学特性的基本原理和步骤．利用MIS器件高频C-V曲线耗尽区的电学特性推导了衬底杂质浓度随深度分布的计算公式。

p-on-n HgCdTe红外探测器机理分析与性能计算

根据HgCdTe材料特性和p-on-n HgCdTe红外探测器结构,建立了p-on-n HgCdTe红外探测器三维数理模型。通过对三维理论模型的求解,得到探测器内部载流子的输运特性,实现了对不同波段、不同工作温度p-on-n HgCdTe红外探测器探测率的理论计算。计算结果表明:p-on-n HgCdTe红外探测器优异的高灵敏度和高温特性,能在红外短波、中波和长波3个波段上全面满足未来红外系统对高性能红外探测器的需求。

HgCdTe MIS器件的制备及其界面电学特性的研究(下)

介绍了用高、低频组合电容法测量HgCdTe MIS器件钝化层界面态密度能量分布的基本原理和步骤．研究表明,自身阳极硫化+单层ZnS对HgCdTe的表面钝化已经达到光伏焦平面器件表面钝化的各项要求．

背景辐射对光导HgCdTe探测器电阻的影响

测量了室温和液氮背景辐射条件下长波光导ＨｇＣｄＴｅ探测器的电阻，从电阻的变化研究了背景辐射对器件电阻的影响，结果表明：在高性能探测器中，室温背景辐射造成探测器电阻的相对变化量约为１０％，而且。

10.6μm激光对HgCdTe焦平面器件热应力的分析

建立了HgCdTe红外焦平面器件的多膜层理论模型,利用有限元分析的方法,对10.6μm激光辐照下HgCdTe红外焦平面器件的升温情况与热应力分布情况进行模拟,并通过参考已有文献的实验结果,验证了理论模型的合理性。理论分析结果表明:激光作用时探测器的温度场变化剧烈,200 W/cm2连续激光作用1 s后,HgCdTe感光层所受热应力为-986 MPa;脉宽100 ns,功率密度15 MW/cm2脉冲激光作用后,HgCdTe感光层所受热应力为-1300 MPa,都比器件制造过程中由于热失配而产生的热应力大;应力损伤发生的概率增大,可能比热损伤先发生,是HgCdTe红外焦平面器件激光损伤中的重要原因。

HgCdTe多层异质结红外探测材料与器件研究进展

HgCdTe多层异质结技术是未来主流红外探测器发展的重要技术方向,在高工作温度、双/多色和雪崩光电管等高性能红外探测器中扮演着重要的角色。近年来基于多层异质结构的Hg Cd Te高工作温度红外探测器得到了快速发展,尤其是以势垒阻挡型和非平衡工作P~+-π(ν)-N~+结构为主的器件受到了广泛的研究。本文系统介绍了势垒阻挡型和非平衡工作P~+-π(ν)-N~+结构HgCdTe红外探测器的暗电流抑制机理,分析了制约两种器件结构发展的关键问题,并对国内外的研究进展进行了综述。对多层异质结构Hg CdTe红外探测器的发展进行了总结与展望。

回熔过程对HgCdTe长波红外光伏探测器的I-V性能的影响

对三种不同工艺的HgCdTe长波器件(标准工艺、回熔处理、离子注入后退火)的I-V性能分别进行测试,并通过理论计算与实验数据拟合提取上述器件参数,分析暗电流机制及导致暗电流变化的原因。文章中使用的暗电流机制的模型由扩散电流、产生-复合电流、缺陷辅助隧道电流和直接隧道电流组成。从拟合得到的器件参数中可以发现回熔过程中产生了大量的缺陷,导致缺陷辅助隧道电流、产生复合电流显著增加,器件反偏电阻减小,I-V性能变差。与离子注入后退火器件的性能变化相比,推测导致器件回熔后性能下降的原因是ZnS钝化层受热不稳定。

HgCdTe薄膜材料缺陷的研究现状

HgCdTe外延薄膜材料中的缺陷是制约高性能红外焦平面器件发展的主要因素。对缺陷的研究与评价是材料生长以至器件制备过程中不可或缺的重要一环．本文详细介绍了HgCdTe外延材料中几种主要缺陷的研究进展．

γ射线辐照对中波HgCdTe光导器件性能的影响

对中波ＨｇＣｄＴｅ光电导器件用不同剂量的γ射线进行辐照，测量了其辐照前后的响应光谱、体电阻和响应率、探测率的变化。实验发现γ辐照使其峰值波长和截止波长向短波方向稍许移动；器件体电阻上升；而其响应率和探测率都有不同程度的改善。

HgCdTe MIS器件制备及其C-V特性研究

通过在P HgCdTe上生长阳极硫化膜和ZnS介质钝化层 ,制备出了性能较好的MIS器件 ,并通过对MIS器件C V特性的分析 ,获得了ZnS/自身钝化膜 /P HgCdTe的界面特性。所测的界面电荷密度在 10 10 ～ 10 11cm- 2 之间 ,平带电压在

HgCdTe光导探测器的优化设计

利用牛顿迭代法,在一维理论的基础上,计算机模拟优化设计了工作在8～14μm波段HgCdTe光导探测器的各项参数。结果表明,器件厚度取6μm,长度取100～150μm,环氧树脂胶粘层<3μm,净掺杂浓度取1.4×10^(15)cm^(-3),表面复合速度取500cm/s,电场强度取10V/cm为佳。该法亦可使用于其他光导探测器的优化设计中。

碲镉汞光子计数型线性雪崩探测器(特邀)

单光子计数技术在弱信号探测和时间测距中具有重大的应用前景。自从20世纪70年代可见光的光子计数系统研发以来,国际上该领域内的研发小组在不断地发展完善光子计数技术,充分放大光子信号,以降低电子设备的读出噪声。电子倍增电荷耦合器件(Electron Multiplying Charge Coupled Devices,EMCCDs)具有更高的量子效率,可替代传统的可见光光子计数系统,但较大的雪崩噪声阻碍了倍增下入射光子数的准确获取。碲镉汞线性雪崩器件(HgCdTe APD)的过剩噪声因子接近1,几乎无过剩噪声;相对于盖革模式的雪崩器件,没有死时间和后脉冲,不需要淬灭电路,具有超高动态范围,光谱响应范围宽且可调,探测效率和误计数率可独立优化,开辟了红外波段光子计数成像的新应用领域,在天文探测、激光雷达、自由空间通信等应用中具有重要价值。美国雷神(Raytheon)公司和DRS技术公司、法国CEA/LETI实验室和Lynred公司、英国Leonardo公司先后实现了碲镉汞线性雪崩探测器的单光子计数。文中总结了欧美国家在碲镉汞光子计数型线性雪崩探测器研究方面的技术路线和研究现状,分析了吸收倍增分离型(Separation of Absorption and Magnification,SAM)、平面PIN型和高密度垂直集成型(High Density Vertically Integrated Photodiode,HDVIP)三种结构的HgCdTe APD器件性能、光子计数能力以及制备优缺点。雷神公司采用分子束外延(Molecular-Beam Epitaxy,MBE)方式制备了空穴倍增机制的SAM型短波HgCdTe APD器件,增益可达350,光子探测效率达95%以上,工作温度达180 K以上。DRS技术公司采用液相外延(Liquid Phase Epitaxy,LPE)碲镉汞材料制备了电子倍增机制的HDVIP型中波HgCdTe APD器件,在0.4~4.3μm的可见光到中红外波段都能响应,最高增益可达6100,光子探测效率大于70%,可实现110 Mbps的自由空间通信。CEA/LETI实验室和Lynred公司采用分子束外延或液相外延制备了电子倍增机制的PIN型短波和中波HgCdTe APD器件,短波器件增益达2000,中波最高增益可达13000,内光子探测效率达90%,实现了80 Mbps的自由空间通信,在300 K和增益为1时,带宽最高达10 GHz。英国Leonardo公司采用金属有机气相沉积(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy,MOVPE)方式制备了电子倍增机制的SAM型短波HgCdTe APD器件,命名为Selex Avalanche Photodiode HgCdTe Infrared Array(SAPHIRA),器件增益可达66@14.5 V,单光子探测率达90%以上,中心距为24μm的320×256阵列的SAPHIRA器件供给法国First Light Imaging公司,研发出了C-RED ONE相机,相机成功应用于美国天文探测的密歇根红外组合器(Michigan Infrared Combiner,MIRC),将MIRC的系统噪声降低了10~30倍,大大提高了条纹探测的信噪比。国内碲镉汞雪崩探测器研究起步比较晚,主要研究机构有中国科学院上海技术物理研究所、昆明物理研究所和华北光电技术研究所,受限于芯片制备技术和电路技术,目前没有实现光子计数方面的应用,但在焦平面研制上取得了一定进展。中国科学院上海技术物理研究所研制了PIN结构的单元、128×128阵列、320×256阵列中波HgCdTeAPD器件,器件增益可达1000以上,增益100以内,增益归一化暗电流密度低于1×10^(−7)A/cm^(2),增益400以内的过剩噪声因子小于1.5,增益133时的噪声等效光子数为12,进行了短积分快速成像演示;单元器件带宽可达300~600 MHz。昆明物理研究所研制了PIN结构的单元和256×256阵列的中波HgCdTe APD器件,单元器件增益可达1000以上;在偏压8.5 V以内,焦平面平均增益归一化暗电流为9.0×10^(−14)~1.6×10^(−13)A,过噪因子F介于1.0~1.5之间。国内主要是研制平面PIN结构的HgCdTe APD器件,技术路径与法国基本相同。因而,我国可借鉴CEA/LETI实验室成功经验和Lynred公司的运营模式,持续推进HgCdTe APD器件的研究,以早日达到国际先进水平,实现单光子探测和光子计数应用。

3英寸Si基碲镉汞分子束外延工艺研究

随着红外焦平面阵列规模的扩大,由于尺寸和成本的限制,传统晶格匹配的碲锌镉衬底逐渐成为碲镉汞红外焦平面探测器发展的瓶颈,大尺寸、低成本硅基碲镉汞材料应运而生。本文采用分子束外延工艺生长获得了3 in Si基中波碲镉汞薄膜材料,通过采用金相显微镜、傅里叶红外光谱仪、双晶X射线衍射仪、湿化学腐蚀位错密度(EPD)法、Hall测试系统等检测手段对Si基中波碲镉汞分子束外延薄膜材料进行表面、光学、结构和电学性能表征,并采用标准平面器件工艺制备中波640×512焦平面探测阵列进行材料验证,结果表明该材料性能与国际先进水平相当。

降低平面结型碲镉汞焦平面阵列光串音的结构优化研究

研究了一种能够降低平面结型碲镉汞(HgCdTe,MCT)焦平面阵列光串音的新型结构.该结构通过对平面结型MCT焦平面阵列的衬底几何形状的优化设计,来达到增大光响应率、减少光串音的目的,以期提高器件的性能.提出了结构优化的快速近似设计方法,并利用商用器件模拟软件对Hg0.78Cd0.22Te器件进行了二维模拟.计算结果显示:当少子寿命为10 ns时,经过优化设计后的器件,光响应率增加了9.6%,光串音从未优化前的5.23%减小到1.05%.

紫外辐照对碲镉汞MIS结构复合特性的影响

用光电导衰退法和ＭＩＳ器件的电容－电压特性测量研究了紫外辐照对碲镉汞样品的影响。研究表明：紫外辐照使ＭＩＳ器件的氧化膜／碲镉汞界面固定电荷减少，表面由强积累向平带变化；紫外辐照使碲镉汞样品的电阻明显增大，样品的表面复合速度上升，少子体寿命下降。说明紫外辐射不仅对碲镉汞样品的表面有影响，而且对碲镉汞体内也有影响。这些效应可以用碲镉汞表面能带结构的模型来解释。