640×512数字化InGaAs探测器组件

数字化InGaAs探测器是短波红外探测器技术发展的一个重要方向,它不仅可以提升系统的集成度,还可以提升成像系统的各项技术指标。通过将模拟-数字转换器(ADC)集成到读出电路中实现数字化读出电路是数字化InGaAs探测器的技术核心。文中介绍了640×512数字化读出电路的设计与实现,并与InGaAs探测器通过铟柱进行倒装互联形成了数字化InGaAs探测器组件。通过对探测器组件的测试得到读出噪声为230μV,峰值量子效率为65%,在300 K温度下探测率为1.2×10^12 cmHz1/2/W,在60 Hz帧频下功耗为94 mW。测试结果表明,数字化InGaAs探测器组件具有低读出噪声,高线性度,高传输带宽,高抗干扰性等特点。

冷光学用大口径2 k×2 k红外探测器组件封装技术

大面阵和长线列红外探测器已成为下一代红外探测器的发展方向之一,针对于大面阵探测器低温封装的难点,提出了一种大面阵探测器组件封装结构。对组件低形变窗口支撑结构、低噪声冷平台结构以及低漏热兼高可靠性的引线键合工艺等方面进行了研究,以中波红外2 k×2 k探测器组件为研究对象,通过200 K窗口低温光学设计和低形变窗口帽支撑方式实现组件低背景杂散光抑制设计和窗口形变控制。采用SiC基板实现探测器工作温度波动控制和噪声抑制,5 min内探测器温度波动小于0.1 K,噪声等效温差(NETD)小于20 mK。为了降低引线漏热和增强引线可靠性,采用铂铱丝键合工艺,引线漏热相较于金丝和硅铝丝下降至1/10,制冷机功率由72 W降至39 W。引线随组件通过随机和正弦力学试验考核。解决了大面阵探测器封装中杂散光、大口径窗口形变、探测器噪声、引线漏热和强度等一系列问题,该组件已成功运用于某项目2 k×2 k探测器封装中。

微型化自由运行InGaAs/InP单光子探测器(特邀)

单光子探测器具有最高的光探测灵敏度,在激光雷达系统中使用单光子探测器可以极大提升系统的综合性能。近红外二区(1.0~1.7μm)激光具有大气透过率高、散射弱、太阳背景辐射弱等优势,是大气遥感、三维成像等激光雷达系统的理想工作波段。研制了一种基于InGaAs/InP负反馈雪崩光电二极管的微型化自由运行单光子探测器。该探测器长宽高为116 mm×107.5 mm×80 mm,在1.5μm最大探测效率超过35%,时间抖动(半高宽)低至80 ps。为满足激光雷达系统对光子飞行时间测量的需求,探测器内部集成时间数字转换(TDC)功能,时间精度100 ps。同时,探测器集成一套后脉冲修正及计数率修正算法,可以有效降低探测器所引起的雷达信号畸变。

InGaAs红外阵列探测器辐射效应研究

InGaAs红外阵列探测器作为空间通信、遥感等领域短波红外测量的核心器件,可能会受到空间辐射的影响而性能退化,对其进行辐射效应研究是评价其空间可靠应用的前提。对InGaAs探测器开展了γ辐射效应研究,对比研究了辐照前后探测器的直流电平、响应信号、黑体响应率、峰值响应率、黑体探测率、峰值探测率、噪声、噪声等效温差(NETD)以及黑体响应非均匀性等基本性能参数的变化,分析了探测器工作电流和输出图像的变化。研究表明,随着γ辐射剂量的累积,探测器的探测能力下降,性能退化;同时分析了γ辐射对探测器性能的作用机制,以期为InGaAs探测器的抗辐射加固和空间应用研究提供支持。

InGaAs焦平面探测器成像组件的设计与实现

针对InGaAs短波红外成像在军事装备、安全防范和工业检测等领域中的应用,提出了一种基于FPGA技术架构的InGaAs焦平面探测器组件的设计方案。讨论了InGaAs焦平面探测器的时序驱动、TEC温控、非均匀性校正、图像增强和自动曝光等关键技术的实现方法。经试验验证,依据该方案研制出的InGaAs焦平面探测器成像组件灵敏度高、对比度好、透雾效果明显。

InGaAs短波红外探测器研究进展

InxGa1-xAs材料属于Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体合金材料,随In组分含量的不同,其光谱响应的截止波长可在0.87～3.5μm范围内变化,并具有高量子效率,加之成熟的MBE和MOVCD材料生长方式,很容易获得大面积高质量的外延材料,InGaAs材料因此成为一种重要的短波红外探测材料。InGaAs探测器可以在室温或近室温下工作,且具有较高的灵敏度和探测率,是小型化、低成本和高可靠性的短波红外探测系统的最佳选择,因此InGaAs短波红外探测器获得了飞速的发展和广泛的应用。同时对国内外InGaAs焦平面探测器发展状况和趋势进行了介绍。

短波红外InGaAs/InP光伏探测器系列的研制

采用气态源分子束外延方法及应用有源区同质结构及较薄的组分渐变InxGa1-xAs缓冲层,研制了波长扩展的InGaAs/InP光伏探测器系列,其室温下的截止波长分别约为1.9μm,2.2μm.和2.5μm.对此探测器系列在较宽温度范围内的性能进行了细致表征,结果表明在室温下其R0A乘积分别为765,10.3和12.7Ωcm2,比室温降低100K时其暗电流和R0A可改善约3个量级.瞬态特性测量表明此探测器系列适合高速工作,实测响应速度已达数十ps量级.

InGaAs PIN光电探测器的暗电流特性研究

从理论上分析了In0.53Ga0.47AsPIN光电探测器在不同掺杂浓度及反向偏压下的暗电流特性,并与研制的器件的实测结果进行了比较和讨论。模拟结果表明:在低偏压下,器件中的产生复合电流起主要作用,偏压增大时,隧道电流起主要作用,且In0.53Ga0.47As光吸收层的载流子浓度对器件的暗电流有很大的影响,实测器件特性与模拟结果完全符合。文中还对器件结面积和电极尺寸等对暗电流的影响进行了比较和分析。

LBIC技术研究InGaAs线列探测器串音及光敏感区

利用激光诱导电流技术研究了InGaAs台面探测器的相邻探测器间的串音和光敏感区。用分子束外延方法生长掺杂InGaAs的PIN InP/InGaAs/InP外延材料,制备了256×1正照射台面InGaAs线列探测器。测试结果表明,InGaAs线列探测器相邻探测器间没有串音,虽然台面结构周围吸收层已被腐蚀,但因为少数载流子的侧向收集,扩大了有效光敏感区。

基于InGaAs/InP雪崩光电二极管的高速单光子探测器雪崩特性研究（英文）

报道了一种基于InGaAs/InP雪崩光电二极管、1.25GHz正弦波门控及贝塞尔低通滤波器的1.25GHz高速短波红外单光子探测器.通过调整比较电路的鉴别电平,实验研究了单光子探测器雪崩信号幅度随反向直流偏压的变化.随着鉴别电平的提高,单光子探测器的探测效率及暗计数率均呈指数衰减,而后脉冲概率先增大到一个峰值,然后减小.研究表明,为获得更高的性能,需要尽量降低单光子探测器的鉴别电平.

InGaAs线列探测器的I-V特性研究

采用p-InP/n-InGaAs/n-InP外延异质结材料,制备了InGaAs线列台面探测器,并测试了器件的I-V曲线、响应率和噪声。通过拟合I-V曲线得到了器件的理想因子和串联电阻,并分析了它们对器件响应率和噪声的影响。结果表明:InGaAs吸收层外延质量与器件的理想因子相关联,影响器件的噪声,但对器件的响应率影响不大。计算了无光照和有光照情况下串联电阻Rs取不同值时器件的I-V曲线,得到串联电阻较小时其作用可忽略,但串联电阻会表观上增大零偏电阻,且串联电阻越大,损失的光电流越多。实验结果证明该方法对改进器件性能有一定的参考意义。

InGaAs探测器总剂量辐照性能试验分析

针对Xenics公司的一款In Ga As探测器,根据载荷工作环境要求,轨道高度700km,在轨工作3年的总剂量辐射为2krad(Si),技术指标要求探测器的抗总剂量辐射能力要在10 krad(Si)以上。因此对其进行总剂量为30 krad(Si)的60Co-γ辐射试验[1-2]。对比辐照前后探测器的参数变化,发现随着总剂量的增加,探测器的暗电流有所增大,响应度有所降低,整体性能略有下降,但满足指标要求。分析γ辐射对探测器影响的内在机理,为后续In Ga As探测器抗总剂量辐射加固提供依据和参考。

采用InGaAs或InAlAs缓冲层的高In组分InGaAs探测器结构材料特性(英文)

利用气态源分子束外延在InP衬底上生长了具有InxGa1-xAs或InxAl1-xAs连续递变缓冲层的高In组分In0.78Ga0.22As探测器结构.通过原子力显微镜、X射线衍射、透射电子显微镜和光致发光对它们的特性进行了表征和比较.结果表明,具有InxGa1-xAs或InxAl1-xAs缓冲层的结构都能获得较平整的表面;具有InxGa1-xAs缓冲层的探测器结构表现出更大的剩余应力;具有InxAl1-xAs缓冲层的探测器结构所观察到的光学特性更优.

晶格失配度达2.6%的波长扩展InGaAs/InP光电探测器结构(英文)

利用气态源分子束外延,采用相对较高的1.1%μm-1失配度变化速率,在InAlAs递变缓冲层上生长了晶格失配度高达2.6%的InP基InGaAs变形晶格探测器结构,并与采用相同结构而晶格失配度为1.7%和2.1%的探测器样品进行了比较。通过原子力显微镜、X射线衍射、光致发光和器件特性测试对样品进行了表征。结果显示该晶格失配度达2.6%的探测器结构具有较好的表面形貌、较大的晶格弛豫度和理想的光学特性。器件室温截止波长约为2.9μm,直径为300μm的器件室温下在反向偏压10mV时的暗电流为2.56μA。

InGaAs可见/短波红外焦平面探测器新进展

In1-xGaxAs是一种Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体合金材料,其光谱响应截止波长可随合金组分x值的不同在0.87μm(GaAs)～3.5μm(InAs)范围内变化。InGaAs材料在光通讯领域的广泛应用和可在常温下工作的特点,使其成为焦平面成像领域的研究热点。国际市场已有商业化产品,主要应用于民用、军用、航空、空间遥感等领域。在介绍In1-xGaxAs短波红外焦平面探测器的主要特性及研制进展的基础上,重点介绍了国际上在InGaAs光谱响应范围向可见光扩展的研究动向。

10 Gbit/s台面型InGaAs/InP pin高速光电探测器

利用数值计算方法分析了高速光电探测器的耗尽区宽度与响应度及响应速度的关系。分析结果表明,耗尽区宽度选择应在响应度和响应速度之间折中,在响应度满足使用要求的情况下,尽量提高响应速度。利用该分析结果设计了台面型In GaAs/InP pin高速光电探测器材料结构。通过优化腐蚀工艺与钝化工艺,解决了器件腐蚀形貌和钝化问题。结合其他微细加工工艺完成了器件的制备,器件光敏区直径50μm。测试结果显示,在反向偏压为5 V时,暗电流小于1 nA,电容约为0.21 p F。此外,在1 310 nm激光辐照下,器件的响应度约为0.95 A/W,-3 dB带宽超过10 GHz,其性能满足10 Gbit/s光纤通信应用要求。

InGaAs探测器热电制冷方法研究

InGaAs探测器在短波红外领域具有良好的探测率,对空间遥感和探测有重要的价值。为了实现空间红外仪器的高灵敏度要求,使用热电制冷技术设计了探测器制冷系统,使探测器稳定地工作在合适的温度,以相对较小的体积和功耗代价显著地提高红外仪器的探测灵敏度。

平面型2．6μmInGaAs红外探测器变温特性研究

通过闭管扩散方式,在NIN型InP/In0.82Ga0.18As/InP材料上制备了单元及八元平面型红外探测器件,研究了器件的光谱响应特性、变温电流-电压特性以及器件探测率的温度响应特性。研究表明,不同温度下,在较低的偏压下,器件的正向暗电流的主要成分为源于材料缺陷的产生-复合电流,随着电压增大,器件的电流将会受到串联电阻的限制而趋于饱和。在近室温(>250 K)下,器件的反向电流主要以扩散电流和产生-复合电流为主,随着温度降低(<158 K),与偏压成正比的隧穿电流将占优势。温度>158 K时,器件的R0A值主要受产生-复合机制影响,温度<158 K时,R0A值则受缺陷辅助遂穿机制限制。随着温度的降低,器件的峰值探测率在210 K达到峰值,单元器件约1.7×109cmHz1/2/W,八元器件约9.4×109cmHz1/2/W。

平面型24元InGaAs短波红外探测器

设计了带有保护环结构的平面型24×1 InGaAs线列短波红外探测器,利用n-i-n+型InP/In0.53Ga0.47As/InP外延材料闭管扩散制备了平面型探测器。LBIC测试显示光敏元没有明显扩大,保护环起到了有效的隔离效果;I-V测试表明器件的优值因子R0A约4.2×106.cm2,在-0.1 V反向偏压下的暗电流密度约22nA/cm2,拟合得到的理想因子接近1,说明正向电流成分主要为扩散电流;在室温20℃,器件的响应光谱在0.9～1.68μm波段范围,其平均峰值电流响应率为1.24 A/W,平均峰值探测率为3.0×1012cm.Hz1/2/W,量子效率接近95%,响应的不均匀性为2.63%。

正照射与背照射InGaAs探测器的性能对比研究

首先介绍了InGaAs台面探测器的研究进展,然后为了验证利用台面结制作背照射器件的可行性,利用分子束外延(MBE)方法生长的掺杂InGaAs吸收层PIN InP/InGaAs/InP双异质结外延材料,通过台面制作、钝化、电极生长、背面抛光等工艺,制备了8元台面InGaAs探测器,并测试了正照射和背照射时,器件的I-V、信号和响应光谱。测试结果表明,正照射和背照射情况下,器件的响应信号差别不大,正照射下器件的平均峰值探测率为4.1×1011cm.Hz1/2.W-1,背照射下器件的平均峰值探测率为4.0×1011cm.Hz1/2.W-1,但背照射情况下器件的响应光谱在短波方向有更好的截止。