碲镉汞近年来的研究进展

第三代红外系统的主要特点包括更多的像素、更高的帧频、更好的温度分辨率、双色甚至多色探测以及其他(芯)片上信号处理功能.尽管面临着其他材料例如相近的汞合金HgZnTe和HgMnTe、硅测辐射热计、热释电探测器,SiGe异质结、GaAs/AlGaAs多量子阱、InAs/GaInSb应变层超晶格、高温超导体等的有力竞争,碲镉汞(MCT)仍然是制备第三代红外光子探测器最重要的材料.在基本性质方面,其他材料仍然难与碲镉汞相竞争.主要通过对2000年以来部分英语期刊文献的归纳分析,介绍了近年来在MCT异质结、材料生长、掺杂方法、衬底制备、均匀性、电学性质及数值模型等方面的研究进展.     

InAs/GaSb II型超晶格红外探测器的研究进展

InAs/GaSb Ⅱ型超晶格材料理论上性能优于HgCdTe、InSb等红外探测材料,基于成熟的Ⅲ-V族化合物材料与器件工艺,使得Ⅱ型超晶格材料容易满足均匀大面阵、双色或多色集成等红外探测器的要求,因而InAs/GaSb Ⅱ型超晶格材料将逐步替代HgCdTe、InSb等材料成为第三代红外探测器的首选材料。本文阐述了InAs/GaSb超晶格红外探测器的基本原理、以及材料生长和器件结构,并对其研究进展进行了综述性介绍。     

InAs/GaSbⅡ类超晶格红外探测技术

由于Ⅱ类超晶格探测器在红外成像探测技术上极大的应用价值和前景,对这一低维半导体结构的研究持续不衰.近年来,Ⅱ类超晶格探测器在国际上发展极为迅速,已经实现了高性能的中波和长波超晶格焦平面探测器并进行了成像试验.改变超晶格的周期,它的吸收截止波长可覆盖3～30μm的宽广范围.由于现代分子束外延材料生长技术,可以在单原子层的...     

MBE生长InAs/GaSbⅡ类超晶格材料的界面控制方法分析

本文系统地介绍了MBE外延生长InAs/GaSb Ⅱ类超晶格材料的界面控制方法,主要包括生长中断法、表面迁移增强法、Ⅴ族元素浸润法和体材料生长法。短波（中波）InAs/GaSb超晶格材料界面采用混合（mixed-like）界面,控制方法以生长中断法为主;长波（甚长波）超晶格材料界面采用InSb-like界面,控制方法采用表面迁移增强法（migration-enhanced epitaxy, MEE）或Sb soak法及体材料生长相结合。讨论分析了InAs/GaSb超晶格材料界面类型选择的依据,简述了界面控制具体实施理论,以及相关研究机构对于不同红外探测波段的超晶格材料界面类型及控制方法的选择。通过界面结构外延生长工艺设计即在界面控制方法的基础上进行快门顺序实验设计,有效地提高界面层的应力补偿效果,这对于长波、甚长波及双色（甚至多色）超晶格材料的晶体质量优化和器件性能提升具有重要意义。     

InAs/GaSb超晶格和M结构超晶格能带结构研究

本文通过k·p方法研究了传统InAs/GaSb超晶格和M结构超晶格的能带结构。首先,计算了不同周期厚度的InAs/GaSb超晶格的能带结构,得到用于长波超晶格探测器吸收层的周期结构。然后,计算了用于超晶格长波探测器结构的M结构超晶格的能带结构,并给出长波InAs/GaSb超晶格与M结构超晶格之间的带阶。最后,基于能带结构,计算出长波超晶格与M结构超晶格的态密度,进而得出的载流子浓度（掺杂浓度）与费米能级的关系。这些材料参数可以为超晶格探测器结构设计提供基础。     

长波InAs/GaSb II类超晶格红外探测器

报道了50％截止波长为12.5μm的InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外探测器材料及单元器件.实验采用分子束外延技术在GaSb衬底上生长超晶格材料.吸收区结构为15ML(InAs)/7ML(GaSb),器件采用PBIN的多层异质结构以抑制长波器件暗电流.在77K温度下测试了单元器件的电流-电压(I-v)特性,响应光谱和黑体响应.在该温度下,光敏元大小为100μm×100μm的单元探测器RmaxA为2.5Ωcm2,器件的电流响应率为1.29A/W,黑体响应率为2.1×109cmHz12/W,11μm处量子效率为14.3％.采用四种暗电流机制对器件反向偏压下的暗电流密度曲线进行了拟合分析,结果表明起主导作用的暗电流机制为产生复合电流.     

8～12μm超晶格量子阱红外探测材料与器件的新进展

超晶格材料与量子阱器件的发展提供了一条实现8～12μm红外探测的新途径，作者曾分绍过GaAs-GaAlAs n型光导多量子阱红外探测器、InAsSb和InAs-Ga1-xInxSb应变超晶格材料和器件及HgTe-CdTe超晶格材料，本文将补充GaAs-GaAlAs p型光导多量子阱和光伏(或称Kastalsky)型红外探测器；以GaAs或InGaAs为基极的红外热电子晶体管(IHET)；Ga1-xAlxSbAlGb超晶格材料和GexSi1-x-Si量子阱材料与内光电子发射红外探测器。这些都是目前研制长波红外材料与器件的热点。     

InAs/GaSbⅡ类超晶格与HgCdTe红外探测器的比较研究

HgCdTe、QWIP和InAs/GaSbⅡ类超晶格被公认是第三代红外焦平面探测器的首选。主要对比分析了HgCdTe和InAs/GaSbⅡ类超晶格红外探测器,InAs/GaSbⅡ类超晶格具有响应波段宽且精确可控、工作温度高、载流子寿命长、暗电流低和均匀性好等优点,使其在甚长波、多色以及非制冷红外焦平面阵列等方面具有广阔的发展应用前景。     

Ⅱ类超晶格长波红外探测器研究进展

由于具有带隙可调、电子有效质量大、俄歇复合率低等特点,Ⅱ类超晶格在长波红外和甚长波红外探测方面具有独特优势。介绍了长波超晶格探测器制备方面的研究进展,包括能带结构设计、表面缺陷控制、周期结构控制和表面钝化。最后报道了320×256长波超晶格焦平面阵列及其测试性能。结果表明,在77 K工作温度下,该阵列的截止波长为9.6 μm,平均峰值探测率D*为7×10¹⁰ cm·Hz^1/2/W,噪声等效温差 (Noise Equivalent Temperature Difference, NETD)为34 mK,响应非均匀性为7%。     

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。     

320×256二类超晶格探测器驱动电路的设计

为了验证二类超晶格红外探测器的性能,设计了探测器的驱动电路。因红外探测器的灵敏度高,设计了低噪声电源偏置电路,优化了电路板的布局。结合320×256长波红外焦平面组件特点设计的驱动电路为探测器组件提供电源与偏置电压、时序与控制信号。实验结果表明,该驱动电路能基本满足二类超晶格红外成像系统低噪声、高精度的要求。     

Dual-band infrared detectors

IntroductionMulticolor capabilities are highly desirable foradvance infrared(IR) systems.Systems that gatherdata in separate IR spectral bands can discriminateboth absolute temperature and unique signatures ofobjects in the scene.By providing this new dimensionof contrast,multiband detection also enables ad-vanced color processing algorithms to further im-prove sensitivity above that of single- color devices.This is extremely important for the process of identi-fying temperature difference b…     

新型多波段复合植被伪装材料

为满足多波段兼容伪装的需求,采用多种材料合理匹配与多功能层组合结构的方法,制备了一种可实现可见光、红外和雷达多波段兼容的新型复合植被伪装材料。用雷达波屏蔽效能和反射率测试实验对伪装材料的吸波性能进行了测试,用成像法对伪装材料的可见光和热红外伪装性能进行了试验检测。结果表明,研制的伪装材料有良好的雷达波衰减性能,大于5 dB的吸收频宽高达3.9 GHz。植被伪装材料面层纹理、颜色、亮度、热图与背景较为接近,隔热效果明显,具有良好的可见光和红外伪装效果。     

碲镉汞高温红外探测器组件进展

高工作温度红外探测器组件是第三代红外探测器技术的重要发展方向,可用于高工作温度红外探测器的基础材料主要有锑基和碲镉汞两大类。介绍了昆明物理研究所在高工作温度红外焦平面探测器组件方面的最新研究进展,其中基于碲镉汞材料p-on-n技术研制的高工作温度中波640×512探测器组件在150 K温区性能优异,探测器的噪声等效温差(NETD)小于20 mK,配置了高效动磁式线性制冷机的高温探测器组件(IDDCA结构),质量小于270 g,探测器组件光轴方向长度小于70 mm(F4),室温环境下组件稳态功耗小于2.5 Wdc,降温时间小于80 s,声学噪声小于27 dB,探测器光轴方向自身振动力最大约1.1 N。目前正在进行环境适应性和可靠性验证,完成后就可实现商用量产。     

一种与CMOS工艺兼容的热电堆红外探测器

报道了一种与CMOS工艺兼容的微机械热电堆红外探测器。提出了具有一对热电偶的两层悬浮结构,其占空因子达到80%以上,并采用P/N多晶硅作为热电偶材料,黑硅作为吸收层材料。给出了器件的工作原理,对性能优化与制作的工艺流程进行了分析,结合所选材料的基本参数,得到了优化后的结构尺寸。通过理论计算,可以获得响应率大于1000 V/W,探测率大于1×108cmHz1/2W-1,时间常数小于40ms,噪声等效温差小于30mK的性能优良的热电堆红外探测器。该器件的吸收层位于结构中的顶层,金属布线位于底层,便于与后续电路集成。单元大小为25 m×25 m,有利于制作非制冷红外焦平面阵列。     

论高工作温度碲镉汞红外探测器（下）

与用其他材料制备的红外光子探测器相比,碲镉汞红外探测器具有带隙灵活可调、量子效率较高以及R_oA接近理论值等优点。碲镉汞探测器的主要缺点是需要低温制冷,以抑制引起噪声的热生自由载流子。期望碲镉汞探测器在具有高工作温度(High Opeating Temperature,HOT)的同时而又无需牺牲性能。HOT碲镉汞探测器的设计目标主要是抑制俄歇过程,从而降低探测器噪声和低温制冷需求。从相关基本概念出发,讨论了对HOT碲镉汞物理机制的理解以及近年来HOT碲镉汞技术的发展状况。     

论高工作温度碲镉汞红外探测器（上）

与用其他材料制备的红外光子探测器相比,碲镉汞红外探测器具有带隙灵活可调、量子效率较高以及R_0A接近理论值等优点。碲镉汞探测器的主要缺点是需要低温制冷,以抑制引起噪声的热生自由载流子。期望碲镉汞探测器在具有高工作温度(High Operating Temperature,HOT)的同时而又无需牺牲性能。HOT碲镉汞探测器的设计目标主要是抑制俄歇过程,从而降低探测器噪声和低温制冷需求。从相关基本概念出发,讨论了对HOT碲镉汞物理机制的理解以及近年来HOT碲镉汞技术的发展状况。     

As掺杂p型碲镉汞材料的研究进展

非本征p 型掺杂碲镉汞材料可以有效克服少子寿命偏低等问题,提高长波和甚长波红外焦平面器件的性能。本文重点阐述了As 掺杂实现p型掺杂的基础性原理,以及在器件方面最新研究进展,为今后As掺杂碲镉汞材料的研究提供依据。