64×64元InSb红外焦平面读出电路研制进展

研制了用于 6 4× 6 4元InSb红外焦平面的几种读出电路。ISM 6 4× 6 4- 2型电路是采用直接注入模式 ,行积分工作的读出电路。ISM 6 4× 6 4- 3型电路仍然采用直接注入读出模式 ,行积分工作 ,但是增加了一级采样保持电路。ISM 6 4× 6 4- 4型电路采用直接注入模式 ,帧积分工作 ,因而可大大提高信噪比。描述了 2、3和 4型电路的结构 ,工作原理及版图设计特点 ,电路的制造工艺、测试方法及其主要性能。     

InSb混合红外焦平面工艺研究

InSb 光伏线列器件是以 n 型 InSb 为衬底,扩散 Cd 形成 p-n 结,经光刻、蒸电极、焊接等工艺制成。SiCCD 为表面 p 沟器件,可按延时积分(TDI)和多路传输(MUX)两种方式工作。在研制1×12、2×12、1×64、2×64元 InSb 光伏线列器件并与 SiCCD 进行互连的基础上,从开发64×64元 InSb 混合红外焦平面着眼,我们进行了64×16元 InSb 光伏面阵的研制,并在 InSb 面阵和 Si 上电镀 In 柱,用我们研制的 HDD-1型红外对准倒焊机进行了对焊,开展了背面辐照 InSb 混合红外焦平面的工艺研究。本文介绍了工艺实验状况,并对工艺实验中有关问题进行了讨论。     

64×64元InSb光伏红外探测器列阵性能表征

用改进的恒压微探针方法,对64×64元 InSb 凝视红外焦平面器件光伏探测器列阵芯片的性能进行了抽样检测和均匀性评价.测得典型64×64元 InSb 芯片的探测器平均零偏阻抗为42MΩ(90K),非均匀性为20%;平均1000K黑体响应率为2.8A/W,非均匀性为6.3%;电学串音率＜2%.讨论了性能异常芯片上存在的局部电学串音现象.     

InSb凝视红外焦平面组件研制和应用

研制成功了采用光伏InSb二极管列阵工艺、直接注入Si CMOS读出电路、微型玻璃杜瓦和微型节流制冷机的 6 4× 6 4元InSb红外焦平面组件。焦平面组件平均探测率约 1× 10 11cmHz1 2 W-1,平均量子效率约 72 %,响应率非均匀性约 18%,无效像元率约 0 .5 %。其性能参数满足红外成像制导的技术要求 ,已成功进行了凝视红外成像探测系统外场试验。     

混合式红外成象器

这个红外成象器件是由一个InSb光电探测阵列和一个Si场效应晶体管(FET)开关阵列所组成。在Si薄片的上部,InSb形成一层薄片,每个InSb探测元和一个相应于Si开关元件下面的铟柱相连。如同128×128元阵列的FET开关一样,依次读出128×128元阵列光电探测     

128×128 IRFPA CMOS读出电路

研制出一种直接注入 (DirectInjection)方式的 12 8× 12 8元红外焦平面CMOS读出电路。其中 ,采用了相关双采样电路 ,使信噪比明显提高。对电路方案进行了计算机仿真。实验结果表明 ,读出电路的动态范围≥ 74dB ,功耗≤ 5mW。     

InSb红外焦平面器件γ辐照损伤初步研究

用Co60作γ辐照源对InSb光伏二极管列阵和InSb凝视红外焦平面器件进行了高能辐照损伤实验。在5000rad剂量下观测到二极管优值因子RoA下降了一个数量级,从3.6×105～4.3×105??cm2下降到2.5×104～2.7×104??cm2。在10000rad及以上剂量观测到64×64元凝视焦平面热成像性能的显著退化。     

高性能低噪声数字读出电路

红外焦平面的数字读出是信息化发展的必然方向,其关键技术是数字读出电路。介绍了数字读出电路的发展现状和主要架构,重点分析了时间噪声和空间噪声的来源和影响,并给出低噪声设计指导。同时对线性度、动态范围和帧频等主要性能进行了讨论,设计了两款数字读出电路。采用列级ADC数字读出架构设计了640×512数字焦平面探测器读出电路,读出噪声测试结果为150 μV,互连中波探测器测试NETD为13 mK。基于数字像元读出架构设计了384×288数字焦平面探测器读出电路,互连长波探测器测试NETD小于4 mK,动态范围超过90 dB,帧频达到1 000 Hz。所设计的两款读出电路有效提升了红外焦平面的灵敏度、动态范围和帧频等性能,表明数字读出电路技术对红外探测器性能的提升具有重要作用。     

4×288 TDI CCD信号读出电路

采用硅工艺设计、制作了4×288 TDI CCD红外焦平面HgCdTe阵列专用信号读出电路。文章详细介绍了4×288 TDI CCD信号读出电路的设计及制作,并给出了测试结果。     

电流模技术在CMOS读出电路中的应用

给出了一种 1× 12 8热释电红外焦平面阵列CMOS读出电路的设计方案和焦平面的仿真及实验结果。并提出一种读出电路新方案。在此方案中 ,用电流模模拟信号处理技术由硬件实现片内CMOS电压差分器的功能 ,以提高系统的信噪比和响应速度     

低功耗64×64CMOS快照模式焦平面读出电路新结构

介绍了一个工作于快照模式的 CMOS焦平面读出电路的低功耗新结构— OESCA (Odd- Even SnapshotCharge Am plifier)结构 .该结构像素电路非常简单 ,仅用三个 NMOS管 ;采用两个低功耗设计的电荷放大器做列读出电路 ,分别用于奇偶行的读出 ,不但可有效消除列线寄生电容的影响 ,而且列读出电路的功耗可降低 15 % ,因此 OESCA新结构特别适于要求低功耗设计的大规模、小像素阵列焦平面读出电路 .采用 OESCA结构和 1.2μm双硅双铝标准 CMOS工艺设计了一个 6 4× 6 4规模焦平面读出电路实验芯片 ,其像素尺寸为 5 0μm× 5 0μm ,读出电路的电荷处理能力达 10 .3     

非致冷红外焦平面阵列读出电路的设计和SPICE模拟

读出电路是非致冷红外焦平面阵列的核心部件之一,对电路进行SPICE模拟是验证电路的重要手段。针对近年来得到迅猛发展的微测辐射热计(VOx)非致冷红外焦平面阵列的特点,提出了相应CMOS读出电路的设计方案,并用PSpice9.2给出了4×4CMOS读出电路的实现和精确的模拟结果。模拟结果表明,该方案是适合微测辐射热计非致冷红外焦平面阵列读出电路一种较为理想的形式,同样也适合于大阵列(如160×120和320×240)的CMOS读出电路。     

一种降低寄生电容影响的64×4红外焦平面读出电路

本文提出了一种64×4扫描型红外焦平面读出电路。电路采用0．5μm标准CMOS工艺。工作电压为5V。本设计在列读出级采用了降低寄生电容影响的设计,以降低电路输出相对无寄生电容设计输出值的偏差,提高各通道的一致性。在对具有4级TDI、微扫描步长为探测器中心间距1/3的读出电路列暂存级进行的仿真中,相对于改进前的普通电路结构,本文提出的新型电路结构与设计理想值之间的偏差降为原来的10%。     

面向QWIP焦平面阵列的快照模式低温读出电路

介绍了应用于GaAs/AlGaAs量子阱红外焦平面阵列的快照模式的低温读出电路的设计方法与测试结果。读出电路采用CTIA作为输入电路,提出在单元输入电路中引入内建电注入器件进行读出电路封装前测试。对读出电路的低温和低功耗进行了优化设计。基于该方法采用0.35um CMOS工艺设计制造了阵列尺寸为128×128的读出电路实验芯片。测试结果表明,读出电路能够在77K的温度下正常工作,功耗为35mW。该读出电路象元级的电荷容量为2.57×106电子,跨导系数为1.4×107Ω。分析表明,在3.3V电源电压下,当输出速率为10MHz时,实验芯片的非均匀性小于5%。     

64×64焦平面器件读出电路铟柱列阵工艺设计及实践

用铟柱进行探测器芯片与读出电路 (ROIC)之间的电气和机械连接是混合红外焦平面列阵(FPA)最常用的互连方式之一。根据现有的工艺设备和实验条件对在 6 4× 6 4ROIC上生长铟柱进行了优化工艺设计 ,并分析讨论了工艺过程及参数对生长铟柱质量的影响。通过工艺实践验证 ,在 6 4×6 4ROIC上生长的铟柱能够基本满足FPA器件倒焊互连要求     

一种可实现非均匀校正和盲元补偿的像元ADC

像元ADC可将红外探测器的电流信号直接转换成对应数字量,在像元阵列之间以数字的方式进行传输和最终输出。本文设计了一种可实现非均匀校正和盲元补偿算法的像元级ADC,避免了在算法级进行非均匀校正和盲元补偿的方式,降低了后续图像处理算法实现的难度,减少了图像处理算法消耗的资源。所提出的像元ADC基于64×64探测器阵列进行了红外焦平面读出芯片的设计,并采用40nm CMOS工艺进行了流片,单个像元级ADC面积≤30μm×30μm,读出芯片面积约4.5mm×4.5mm。流片测试结果表示该像元ADC可实现非均匀校正与盲元补偿,非均匀校正范围可达到34。     

甚高灵敏度红外探测器读出电路研究进展

在读出电路有限的像元面积内获得尽可能大的电荷存储量是实现甚高灵敏度红外探测器的关键。基于脉冲频率调制的像元级模数转换（ADC）是实现甚高灵敏度红外探测器读出电路的主要方法,阐述了像元级脉冲频率调制ADC的原理,介绍了美国麻省理工学院林肯实验室、法国CEA-LETI在像元级数字读出电路的研究进展。作为从立体空间拓展电路密度的新技术,介绍了三维读出电路的研究进展。最后介绍了昆明物理研究所甚高灵敏度红外探测器读出电路的研究进展。利用像元级ADC技术和数字域时间延迟积分（TDI）技术,昆明物理研究所研制的长波512×8数字化TDI红外探测器组件,峰值灵敏度达到1.5 mK。     

低功耗64×64 CMOS快照模式焦平面读出电路新结构

介绍了一个工作于快照模式的CMOS焦平面读出电路的低功耗新结构-OESCA(Odd-Even SnapshotCharge Amplifier)结构该结构像素电路非常简单,仅用三个NMOS管;采用两个低功耗设计的电荷放大器做列读出电路,分别用于奇偶行的读出,不但可有效消除列线寄生电容的影响,而且列读出电路的功耗可降低1 5%,因此OESCA新结构特别适于要求低功耗设计的大规模、小像素阵列焦平面读出电路采用OESCA结构和1.2μm双硅双铝标准CMOS工艺设计了一个64×64规模焦平面读出电路实验芯片,其像素尺寸为50μm×50μm,读出电路的电荷处理能力达10.37pC.详细介绍了该读出电路的体系结构、像素电路、探测器模型和工作时序,并给出了精确的SPICE仿真结果和试验芯片的测试结果.     

基于逐元暗电流抑制的红外探测器读出电路研究

在航天应用领域,大部分中长波红外探测器都工作在高背景下.由于线列碲镉汞(HgCdTe)红外探测器本身的暗电流较大且各像元的暗电流具有很大的非均匀性,采用常规读出电路方案时的输出信号动态范围过小,甚至部分像元的信号电压也无法读出.采用将电压 电流转换和电流存储单元相结合的方法,设计了一种具有逐元背景抑制功能的中波红外探测器线列读出电路.该方法不仅可以抑制不同像元的暗电流,而且还可以有效提高电路的信噪比,并可增大输出信号的动态范围.电路测试结果表明,在90 K低温下,电路输出摆幅为2V,输出电压的非均匀性下降了70％,因此该研究对中长波红外探测器的工程化设计具有重要的指导意义.     

化学镀镍在32×32非致冷红外焦平面互连中的应用

红外焦平面需要用互连技术把光敏元阵列与信号读出电路进行互连,利用化学镀的方法,在32×32非致冷红外焦平面阵列的CMOS读出电路上镀直径为6μm,高度为2μm的互连柱。测试结果表明,该技术稳定可靠,是实现接触孔互连的可行方法。