非等平面AlGaN紫外探测器阵列挡光技术研究

介绍了SiO_2/PI_1/Al/PI_2挡光技术的原理及其制作工艺过程.通过采用SiO_2/聚酰亚胺(PI_1)/Al/PI_2挡光技术,实现了真正意义上的日盲紫外成像.此技术主要应用于日盲型AlGaN紫外焦平面阵列.

Abstract：

Introduced are the principles and manufacturing process of the SiO_2/PI_1/Al/PI_2 light-avoiding technology, which is adopted to realize solar-blind UV imaging. It is mainly used for solar-blind AlGaN UV focal plane array.     

AlxGa1-xN日盲紫外探测器及其焦平面阵列

报道了320×256元AlxGa1-xN日盲型紫外探测器及其焦平面阵列探测器的研制情况,介绍了材料生长、器件制备工艺和器件的光电特性.器件的开启电压大于3.5 V,-0.5 V偏压时暗电流小于1.2×10-12A(φ=300 μm台面),光谱响应范围260～280 nm,268 nm峰值波长的响应度大于0.095 A/W.器件实现了日盲紫外成像演示.     

AlGaN日盲紫外焦平面阵列均匀性研究

结合外延材料工艺、芯片工艺及互连集成工艺具体情况,分析了AlGaN外延材料、探测器阵列芯片及倒焊芯片的均匀性特点,讨论了影响外延材料Al组分分布均匀性、芯片电阻和电容分布均匀性的各种因素。在此基础上,提出了改进器件均匀性的技术途径。利用MOCVD外延材料生长技术,生长了背照式AlGaN-pin异质结构外延材料,并利用所生长的外延材料制作了320×256元AlGaN日盲紫外焦平面阵列器件。测试所制作的器件,结果显示,其光谱响应范围为255~280nm,位于日盲波段,0V偏置时272nm峰值波长响应度大于0.16A/W(外量子效率大于72.9%),有效像元数大于99.2%,响应非均匀性小于3.36%。     

空间用紫外探测及AlGaN探测器的研究进展

文中介绍了与空间应用有关的紫外探测。首先,介绍了美、欧等西方国家在空间天文以及行星、卫星探测等方面多年来的紫外应用情况,包括卫星探测器上搭载的紫外有效载荷;然后,评述了目前在空间使用的紫外探测器状况,以及在未来的空间应用中极具发展潜力的AlGaN紫外探测器;最后,对AlGaN紫外焦平面探测器国内外近年来的研究进展进行了阐述。     

日盲型AlGaN PIN紫外探测器的电容特性

对采用金属有机化学气相沉积方法生长的p-Al0.43Ga0.57N/i-Al0.43Ga0.57N/n-Al0.7Ga0.3N异质结构上制备的背照射日盲型AlGaN紫外光电探测器进行了光电性能和电容特性的研究.室温下探测器零偏压时的电流密度为0.44 nA/cm2,278 nm的峰值响应率为0.042 A/W.电容频率特性表明:器件电容随着频率的增大先迅速后缓慢地降低,但在频率高于100 kHz后又加速下降.通过器件低频下的电容计算可得,其耗尽层宽度为160 nm,低于设计的本征层厚度.说明器件的本征层没有完全耗尽.因此,未耗尽本征层的高电阻是引起100 kHz附近电容又快速下降的重要原因,由不同频率下1/C2-V曲线的变化关系及其斜率计算的杂质浓度等结果进一步证实了这一结论.     

背照式高量子效率AlGaN日盲紫外探测器设计

高量子效率、高UV/VIS抑制比、宽的光谱响应范围、快的响应速度是AlGaN紫外探测器设计追求的主要目标。为了获得适宜于紫外焦平面阵列的探测器结构,结合MOCVD外延材料生长的特点,采用模拟计算与实验相结合的方法,设计了背照式高量子效率AlGaN日盲探测器。详细介绍了背照式AlxGa1-xN-pin紫外探测器结构参数设计的依据和设计过程,并给出了设计结果,通过工艺实验,对设计结果进行了优化。应用设计结果进行了器件试制,经测试试制器件,其峰值响应波长为270 nm,光谱响应范围为250～282 nm,峰值量子效率达到了57%（0V）,实验表明取得了比较理想的设计结果。     

日盲型AlGaN PIN紫外探测器的研制

采用MOCVD方法在双面抛光的(0001)蓝宝石衬底上生长了高铝组分AlGaN材料,研制出日盲型AlGaN PIN紫外探测器.详细介绍了该器件的结构设计和制作工艺,并对该器件进行了光电性能测试.测试结果表明:器件的正向开启电压约为4.5 V,反向击穿电压大于20 V;常温下(300 K),该器件在3 V反向偏压下的暗电流约为50 pA,在零偏压下270 nm处峰值响应度达到0.12 A/W,长波截止波长小于285 nm.     

AlGaN MSM结构日盲型紫外探测器

采用低压-金属有机化学气相沉积(MOCVD)法在(0001)方向的AlN/蓝宝石模板上生长得到Al组分为40%的AlGaN材料,设计并制作了MSM型AlGaN日盲紫外探测器。通过HRXRD,SEM,AFM对AlGaN材料进行了表征,结果表明:该材料为六方相结构,且应变程度很小,粗糙度(RMS)为1.32 nm。通过测试器件在230³20 nm之间、在不同偏压下的光谱响应曲线,发现器件的截止波长在285 nm附近,截止边很陡峭;器件的峰值响应波长为275 nm;在7 V偏压下,器件峰值响应度达到最大2.8 mA/W;零偏压下,器件的暗电流1×10-13A,器件的暗电流很小。     

283 nm背照射p-i-n型AlGaN日盲紫外探测器

实验中使用在蓝宝石衬底上用低压金属有机化学气相沉积（MOCVD）生长的AlGaN基p-i-n结构材料,通过对工艺流程的优化设计,制作了背照射p-i-n型AlGaN日盲紫外探测器,获得了较高的外量子效率。材料中p区和i区的Al组分为40%,n区Al组分为65%。探测器为直径500 m的圆形,光谱响应起止波长为260~310 nm,峰值响应波长283 nm。零偏压下,暗电流密度为2.710-10 Acm-2,对应的R0A参数为3.8108 cm2,峰值响应率为13 mA/W,对应的峰值探测率为1.971012 cmHz1/2W-1。其在-7 V偏压下,峰值响应率达到148 mA/W,对应的外量子效率达到63%。     

AlGaN日盲紫外雪崩光电探测器暗电流研究

为了提高AlGaN日盲紫外雪崩探测器的信噪比,降低暗电流,研制高性能日盲紫外探测器,针对AlGaN日盲紫外雪崩探测器暗电流机制进行了深入研究。首先对传统p-i-n-i-n结构雪崩探测器进行了初步研究,分别设计了GaN和AlGaN的两种雪崩探测器模型,分析了其不同暗电流特性,得到的模拟暗电流特性曲线与实验吻合。在此基础上,针对日盲紫外波段高Al组分AlGaN雪崩探测器,重点分析研究了不同异质界面的负极化电荷、p型有效掺杂以及温度等因素对暗电流的影响。在AlGaN日盲紫外雪崩探测器研究中得到的近零偏工作暗电流为2.510-13 A,在反向138 V左右发生雪崩击穿,雪崩开启电流为18.3 nA左右,击穿电压温度系数约为0.05 V/K,与实验及文献测试结果吻合。     

非制冷红外焦平面列阵进展

叙述了室温下工作的，或在使用温差电制冷条件下近室温工作的长波红外焦平面列阵的最新进展。主要介绍两种类型的器件：一类是利用铁电材料的热释电效应以及介电常数的温度变化制作的探测器，常用材料是钛酸锶钡和钽钪酸铅铁电陶瓷；另一类是利用电阻温度变化的测辐射热器，材料为氧化钒。用这两类室温工作的红外焦平面列阵制作的热像仪的噪声等效温差已达到０．１℃。装有这种热瞄具的步枪已经历过实战考验。热瞄具还可用于夜间车辆     

AlGaN日盲紫外焦平面成像系统作用距离研究

作用距离是紫外成像探测系统的重要综合性能指标之一。依据AlGaN日盲紫外焦平面成像系统的成像原理,考虑到影响紫外系统作用距离的各个因素,分别对点目标和面目标的作用距离进行了理论推导。受到日盲紫外成像系统作用距离影响的因素主要包括目标辐射特性、大气传输衰减、光学系统、探测器、电子处理系统等。从目标的辐射能量传递出发,结合信噪比与虚警概率、探测概率的关系,推导出了紫外成像系统作用距离的理论公式,并结合系统参数进行实例计算。分析得出提高系统有效通光口径、光学透射率、滤波降噪及增加积分时间等方法可用于增加紫外成像系统的作用距离。     

双色红外焦平面阵列读出电路设计

根据P-N-N-P型叠层双色红外焦平面阵列探测器结构及其等效电路,提出了一种128×128同时积分、同时读出型双色红外焦平面读出电路原理及实现方式。单元电路采用直接注入结构作为输入级,在给定的单元面积内获得了较大的积分电容,满足了单元电路内中、短波两个独立的积分信号通道的需求。仿真结果表明该电路满足预定的设计要求,积分时间可调,读出速率大于等于5MHz,中、短波输出电压的线性度均达到99%以上,功耗约68mW。     

锑化铟红外焦平面阵列制备技术

锑化铟作为制备中波红外探测器的主流材料,其光敏芯片规模经历了单元、多元、线列到面阵的发展过程。出于市场应用需求,光敏芯片的制备技术不断更新换代。按发展先后顺序介绍了锑化铟光敏芯片PN结的制备技术,具体包括热扩散技术、离子注入技术和外延技术。目前国内成熟的光敏芯片成结技术为热扩散技术。国外主流厂家在热扩散、离子注入、外延工艺方面都已研发成熟,并投入实际生产。着重介绍了三种工艺技术的优缺点及配套的焦平面阵列结构设计。     

基于面阵探测系统的扫描成像信息获取方式研究

为了实现对目标进行高信噪比、高时间分辨率的探测,近年来数字时间延迟积分技术（TDI）逐步应用于面阵探测系统。结合自行研制的CMOS探测器,搭建测试平台,对面阵探测系统的扫描成像方式进行深入研究。重点针对数字时间延迟积分技术（TDI）对面阵探测系统信噪比提高的分析,结合试验研究系统信噪比提高倍数与数字TDI级数M的关系,并对探测系统时间分辨率与数字TDI级数M的关系进行讨论。引入数字TDI及多帧叠加两种图像信息获取方式的对比,分别对特定目标获取图像的噪声特性及非均匀性对比分析。     

AlGaN PIN紫外探测器的结构及性能分析

AlGaN基光电探测器在军事高科技和民品市场通讯和成像方面具有很高的价值。分析了AlGaN p-i-n光电探测器的结构对性能的影响,深入阐述了．AlGaNp-i-n光电探测器制造与设计中所面临的深层次问题,并对其工艺和结构性能分析的基础上特别介绍了p-GaN／i-AlGaN／n-GaN结构,并对其结构进行了改进,得到了改进的SLS／AlGaN／GaN结构。     

红外焦平面探测器互连中的In缩球工艺

铟缩球工艺对红外焦平面探测器的互连很有帮助.依据所做的实验叙述了铟缩球工艺的过程,论述了铟缩球工艺能提高铟柱高度,减小高度差,及减低焊接压力等优点.     

非制冷红外焦平面技术述评（上）

近年来,红外非制冷焦平面阵列技术已取得令人瞩目的进展,凭借其低成本,可接受的性能,正在开拓民用乃至军用市场。本文描述了目前主要的两种非制冷焦平面阵列技术的发展状况,并对二者以及它们与制冷型焦平面阵列进行比较与探讨。     

非制冷红外焦平面技术述评（下）

近年来,红外非制冷焦平面阵列技术已取得令人瞩目的进展,凭借其低成本,可接受的性能,正在开拓民用乃至军用市场。本文描述了目前主要的两种制非制冷焦平面阵列技术的发展状况,并对二者以及它们与制冷平面阵列进行比较与探讨。     

混成式焦平面阵列芯片倒装互连技术研究

介绍了为保证倒装焊接性能,设备所采取的措施.对比了不同形貌铟柱的优缺点,分析了互连可靠性与铟柱高度的关系,介绍了考核互连可靠性的方法.通过互连技术研究,我们实现了较高性能的倒装互连,互连条件选择温度在60℃～140℃范围,压力范围0.1克/铟柱～0.5克/铟柱.互连连通率＞99.9%,互连后的芯片组件在低温(77K)与常温(23℃)间不少于100次的反复冲击的情况下,测试接触性能及InSb二极管性能都无变化,满足了互连器件可靠性要求.