nBn型InAsSb探测器的材料及器件研究

nBn型红外探测器可有效抑制产生-复合电流,进而提高探测器的工作温度。由于制备工艺可移植于III/V族成熟工艺以及存在晶格完全匹配的衬底等优势,InAsSb/AlAsSb材料是nBn型红外探测器的首选。简单介绍了InAsSb/AlAsSb nBn型红外探测器的研究现状、工作原理以及近期的研究成果。通过生长试验实现了良好的材料表面质量、晶体质量和光学性能。相关结果表明,在制备器件时,nBn结构中势垒层的掺杂浓度不应低于8×1016cm-3,否则就不利于减小nBn型器件的暗电流。     

nBn InAsSb/AlAsSb中波红外探测器的设计

对nBn势垒型InAsSb/AlAsSb中波红外探测器材料进行了系统深入的理论研究。通过理论计算势垒层的厚度、组分和掺杂等结构参数对器件能带结构、暗电流和光电流的影响,分析了势垒性的温度特性、器件输运特性,揭示了nBn势垒型中波红外探测器高温工作的机制,探索降低器件暗电流的方法。完成nBn势垒型锑化物材料系统的优化设计,为高温工作的锑化物中波红外探测器研制提供理论基础和支持。     

nBn红外探测器研究进展

nBn红外探测器旨在消除肖特基-里德-霍尔产生复合电流,这将有效降低器件的暗电流并提高工作温度.由于制造工艺的兼容性和晶格匹配的衬底的存在,基于III-V化合物(包括二类超晶格材料)的nBn红外探测器得到了快速发展.通过理论模拟,基于HgCdTe材料的nBn红外探测器也能有效抑制暗电流.然而,去除价带势垒的困难阻碍了H...     

nBn型InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外探测器光电特性研究

设计了nBn结构的InAs/GaSb II类超晶格红外探测器,从理论和实验两方面对nBn器件的暗电流特性进行了研究,研究结果表明:理论计算的暗电流和实际测试结果趋势一致。另外,研制了p-i-n结构器件并与nBn器件进行了比较,测试结果显示:在77 K温度下,nBn器件的暗电流要比p-i-n器件暗电流小2个量级。温度升高到150 K时,nBn器件暗电流变大2个量级,而p-i-n器件暗电流变大4个量级;nBn器件峰值探测率下降到1/5,p-i-n器件峰值探测率下降2个量级。可见nBn器件适合高温工作,适合高性能红外焦平面探测器的研制。     

分子束外延HgCdTe nBn结构红外探测器的理论计算和优化

通过2维数值模拟对HgCdTe nBn红外探测器的光电性质进行了研究.理论计算了nBn结构中各层的参数的变化(包含厚度的变化、掺杂浓度的变化以及组分)对器件性能的影响规律.通过优化上述器件结构参数,理论上获得了最优化结构的HgCdTe nBn器件,为获得高性能MBE外延HgCdTe nBn红外探测器提供重要参考.     

锑基高工作温度红外探测器研究进展

锑基红外光敏材料具有优越的光电转换效率,材料结构稳定、可生产性强,并具备低暗电流和高工作温度(HOT)的优势,符合未来红外探测系统小尺寸、轻重量、低功耗(SWa P)的要求。目前,工程化研制高工作温度红外探测器的锑基材料主要有3类:InSb、锑基II类超晶格和InAsSb,国外已报道了640×512、1024×1024和2040×1156规格的焦平面阵列,工作温度提高到150 K以上。本文从材料特性和器件结构、像元尺寸及工艺技术来阐述国内外锑基高工作温度红外探测器的研究状况。     

碲镉汞高工作温度红外探测器

基于当前红外探测器技术的发展方向,从高工作温度红外探测器应用需求的角度分析了碲镉汞高工作温度红外探测器在组件重量、外形尺寸、功耗、环境适应性及可靠性方面的优势。总结了欧美等发达国家在碲镉汞高工作温度红外探测器研究方面的技术路线及研究现状。从器件暗电流和噪声机制的角度分析了碲镉汞光电器件在不同工作温度下的暗电流和噪声变化情况及其对器件性能的影响;总结了包括基于工艺优化的Hg空位p型n-on-p结构碲镉汞器件、基于In掺杂p-on-n结构和Au掺杂n-on-p结构的非本征掺杂碲镉汞高工作温度器件、基于nBn势垒阻挡结构的碲镉汞高工作温度器件及基于吸收层热激发载流子俄歇抑制的非平衡模式碲镉汞高工作温度器件在内的不同技术路线碲镉汞高工作温度器件的基本原理,对比分析了不同技术路线碲镉汞高工作温度器件的性能及探测器制备的技术难点。在综合分析不同技术路线高温器件性能与技术实现难度的基础上展望了碲镉汞高工作温度器件技术未来的发展方向,认为基于低浓度掺杂吸收层的全耗尽结构器件具备更好的发展潜力。     

红外探测器杜瓦的小型化设计方法

杜瓦小型化是制冷型红外探测器组件的发展方向之一,也是未来红外成像系统小型化、集成化发展的需要。由于杜瓦为探测器组件提供光、机、电接口,小型化设计要综合考虑制冷机制冷能力、探测性能、真空性能和系统应用等多方面因素。结合杜瓦的结构组成和工作原理,分析了小型化设计的方法及影响。结果表明,该研究对杜瓦设计有较好的启发和指导作用。     

非制冷势垒型InAsSb基高速中波红外探测器

高速响应的中波红外探测器在自由空间光通信和频率梳光谱学等新兴领域的需求逐渐增加。中长波XB_nn势垒型红外光探测器对暗电流等散粒噪声具有显著抑制作用。本文在GaSb衬底上采用分子束外延技术生长了nBn和pBn两种结构的InAsSb/AlAsSb/AlSb中波红外光探测器材料,并通过微纳加工工艺制备了可用于射频响应特性测试的GSG结构探测器。XRD和AFM的测试结果表明,两种结构的外延片都具有较好的晶体质量。器件暗电流测试结果表明,相较于nBn器件,在室温和反向偏压400 mV的工作条件下,直径90 μm的pBn器件表现出更低的暗电流密度0.145 A/cm2,说明该器件在室温非制冷环境下表现出较低的噪声水平。不同台面直径的探测器的暗电流测试表明,pBn器件的表面电阻率低于对照的nBn器件的表面电阻率。另外,根据探测器的电容测试结果,可零偏压工作的pBn探测器具有完全耗尽的势垒层和部分耗尽的吸收区,nBn的吸收区也存在部分耗尽。探测器的射频响应特性表明,直径90 μm的pBn器件的响应速度在室温和3 V反向偏压下可达2.62 GHz,对照的nBn器件的响应速度仅为2.02 GHz,响应速度提升了29.7%,初步实现了在中红外波段下可快速探测的室温非制冷势垒型光电探测器。     

采用渐变吸收层的nBn红外探测器

据www.techbriefs.com网站报道,美国宇航局喷气推进实验室对一种nBn红外探测器的基本结构进行了改进.     

红外探测II类超晶格技术概述(一)

本文简单归纳总结了红外探测II类超晶格材料的发展历史、基本理论、相比MCT材料的优势和材料的基本结构。通过设计6.1系超晶格材料适当的层厚和不同层间应力匹配的界面可以构筑灵活合理的能带结构,打开设计各种符合器件性能要求的新材料结构的可能性(如各种同质结p-i-n结构,双异质结DH、异质结W、M、N、BIRD、CBIRD、p-π-M-N、pBiBn、nBn、XBp、pMp等结构),还可以在一个焦平面阵列(FPA)像元上集成吸收层堆栈实现集成多色/多带探测。T2SL探测器可以满足实现大面阵、高温工作、高性能、多带/多色探测的第三代红外探测器需求,尤其在长波红外(LWIR)和甚长波红外(VLWIR)及双色/多带探测上可以替代MCT。     

Design and Modeling of HgCdTe nBn Detectors

An n-type mercury cadmium telluride (HgCdTe) unipolar nBn infrared detector structure is proposed as a means of achieving performance limited by intrinsic thermal carrier generation without requirements for p-type doping. Numerical modeling was utilized to calculate the current–voltage and optical response characteristics and detectivity values for HgCdTe nBn and p–n junction devices with a cut-off wavelength of 12 μm for temperatures between 50 K and 300 K. Calculations demonstrate similar dark current density, responsivity, and detectivity values within 10% for the long-wavelength infrared (LWIR) nBn detector compared with the p–n junction structure for temperatures from 50 K to 95 K. These results show that the HgCdTe nBn device may be a promising alternative for achieving high performance using a simplified device structure while circumventing issues related to p-type doping in current p–n junction technology such as achieving low, controllable doping concentrations, and serving as a basis for next-generation device structures.     

高工作温度p-on-n中波碲镉汞红外焦平面器件研究

As注入掺杂的p-on-n结构碲镉汞红外探测器件具有少子寿命长、暗电流低、R₀A值高等优点,是高温器件研究的重要技术路线之一。针对阵列规模640×512、像元中心距15 μm 的As掺杂工艺制备的p-on-n中波碲镉汞焦平面器件,测试了不同工作温度下的性能和暗电流。研究结果表明,在80 K工作温度下,器件响应表现出高响应均匀性,有效像元率达99.98%;随着工作温度升高,器件盲元增多,当工作温度为150 K和180 K时,有效像元率降低至99.92%和99.32%。由于对器件扩散电流更好的抑制,器件在160~200 K温度范围内的暗电流低于Rule-07。并且当工作温度在150~180 K时（300 K的背景下）,器件具有较好的信噪比,极大程度地体现了高温工作的可行性。     

基于非平衡模式的碲镉汞高工作温度探测器

本文回顾了当前国内外高工作温度碲镉汞红外探测器的技术路线和相应的器件性能,在碲镉汞器件暗电流的温度特性分析的基础上,讨论了基于非平衡工作模式的碲镉汞探测器的基本原理、器件结构设计和暗电流机制,探讨了吸收层全耗尽碲镉汞器件性能与器件结构参数、材料晶体质量的关系,明确了其技术要点和难点,展望了碲镉汞高工作温度器件技术的发展趋势。     

暗电流对短波红外偏振测量精度的影响

探测器暗电流及其测量不确定度是影响短波红外偏振测量仪器测量精度的最重要因素。首先,结合红外探测器的工作原理,分析并建立了暗电流影响下的红外探测系统噪声模型。根据分析结果设计实验获得短波红外探测器G5853-21暗电流与温度和反向偏压关系。然后,以分孔径偏振探测系统为例,推导了斯托克斯参数误差模型和偏振度误差模型。最后,重点分析空间环境应用背景下,针对暗电流影响的改进措施,提出了探测器精确温控的暗电流影响改进方案,并给出了短波红外探测器工作温度指标要求。结果表明:通过对探测器进行精确的温度控制以降低暗电流数值,可以将包含暗电流测量不确定度和其他噪声引起的偏振度测量误差控制在0.42%(=0.3时)以内。     

星载红外探测器温度控制系统的设计和应用

针对红外探测器需要在低温下工作,设计并实现了红外探测器温度控制系统。本设计采用了闭环反馈的控制方式,使用热电制冷的方法控制红外探测器工作温度。温控系统具有结构简单,速度快以及精度高和可靠性高等特点,满足了设计要求。并且对整个系统的工作状态进行了评估,对系统进行了误差分析。     

硅微机械电子隧穿红外探测器

介绍了一种新型的非制冷高灵敏度硅微机械电子隧穿红外探测器的工作原理 ,详细描述了这种红外探测器的设计思想和制作工艺 ,采用微机械体硅加工的三层硅结构制作出探测器原理样品 ,通过和反馈电路 (包括前置放大电路 )连接测试表明 :电子隧穿位移传感器部分的分辨率可达 10 -4 nm/ Hz,红外探测器样品已能敏感红外信号。