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,其小型化设计要综合考虑制冷机的制冷能力、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。该研究对杜瓦设计有较好的启发和指导作用。     

PtSi探测器的长波红外工作

通过使用分子束外延生长技术在ＰｔＳｉ／Ｓｉ界面上加进一足够薄的高掺杂浓度峰，可使ＰｔＳｉ肖特基红外探测器的截止波长延伸至长波红外范围。     

As元素分子态对InGaAs/AlGaAs量子阱红外探测器性能的影响

对As2和As4两种不同分子态下利用分子束外延技术(MBE)生长的单层AlGaAs薄膜和GaAs基InGaAs/AlGaAs量子阱红外探测器(QWIP)的性能进行了研究,发现As2条件下生长的单层AlGaAs材料荧光强度更大、深能级缺陷密度更低;相对于As4较为复杂的吸附、生长机制引入的缺陷,在As2条件下生长的InGaAs/AlGaAs QWIP具有更低的暗电流密度、更好的黑体响应、更高的比探测率和更优异的器件均匀性。生长制备的InGaAs/AlGaAs QWIP在60K的工作温度、-2V偏压下,暗电流密度低至7.8nA/cm2,光谱响应峰值波长为3.59μm,4V偏压下峰值探测率达到1.7×1011 cm·Hz1/2·W-1。另外,通过As元素的不同分子态下InGaAs/AlGaAs QWIP光响应谱峰位的移动可以推断出As元素的不同分子态也会影响In的并入速率。     

MBE生长InSb外延层特性及红外探测器研究

本文报道了采用含有ＩｎＳｂ非晶过渡层的两步ＭＢＥ生长技术，在ＧａＡｓ（１００）衬底上异质外延生长的ＩｎＳｂ外延层材料特性及初步的器件性能。５μｍ厚的ｎ型本征ＩｎＳｂ外延层７７Ｋ时的电子浓度和迁移率分别为：ｎ～２．４×１０￣（１５）ｃｍ￣（－３），μ～５．１２×１０￣４ｃｍ￣２Ｖ￣９－１）ｓ￣（－１），高质量ＩｎＳｂ外延层的Ｘ射线双晶衍射半峰宽（ＦＷＨＭ）＜１５０″。ＩｎＳｂ表面的相衬显微形貌，ＩｎＳｂ／ＧａＡｓ界面的ＴＥＭ形貌相和ＩｎＳｂ外延层的红外透射谱等测试结果都肯定了ＭＢＥＩｎＳｂ外延层的质量。研究结果已基本达到目前国外同类研究水平。用ＭＢＥ生长的ｎ型ＩｎＳｂ外延层薄膜首次制作了中波（３～５μｍ）多元光导线列器件，终测表明，器件的光导响应率较高Ｒ（Ｖ）～７８００Ｖ／Ｗ，均匀性很好ΔＲ（Ｖ）／Ｒ（Ｖ）＜７％，ＭＢＥＩｎＳｂ外延薄膜展示了良好的红外探测器应用前景。     

光导型InAsSb红外探测器的研制

针对室温（293 K）条件下使用要求,采用InAsSb单晶材料加浸没透镜制作成2～9μm波段高灵敏度光导型InAsSb红外探测器。实测光谱响应值出现在1.656 5～8.989μm。在光谱响应波段范围内,最大响应度值为对比组C2、C3组。初步实现了室温（293 K）使用要求,响应光谱2～9μm波段光导型InAsSb红外探测器设计目的。     

高工作温度InAlSb红外探测器的研究进展

概括了国外InAlSb红外探测器的研究现状、材料性质以及发展趋势,并介 绍了几种不同的器件结构及其性能情况。InAlSb/InSb红外探测器的设计目标主要是通过抑制暗电流来 提高探测器的工作温度。近年来,基于传统InSb探测器的成熟工艺与技术,InAlSb探测器的性 能得到了不断提升。该研究对红外制导、预警等军事领域具有重要的研究意义和应用价值。     

长波量子阱红外探测器材料技术研究

针对红外探测应用开展了长波GaAs/AlGaAs量子阱材料技术研究。系统地介绍了量子阱红外探测器材料的材料设计、生长和表征。基于一维薛定谔方程的求解获得量子阱材料的能带结构,进行量子阱材料的设计。采用分子束外延技术进行量子阱材料的生长研究。对量子阱材料的室温光荧光谱和高分辨率X射线衍射测试结果表现出材料高度晶格完整性以及平整界面。基于布鲁斯特角配置的傅立叶红外光谱测试获得了量子阱材料子带间跃迁吸收产生的红外吸收谱。采用该材料制备出高性能的量子阱红外焦平面探测器。     

InGaAs/GaAs量子点红外探测器

与量子阱红外探测器相比,量子点红外探测器具有不制作表面光栅就能在垂直入射红外光照射下工作以及工作温度更高等优势。然而,目前阻碍量子点红外探测器性能提高的技术瓶颈主要来自组装量子点较差的大小均匀性、较低的量子点密度以及垂直入射下子带跃迁吸收效率低等原因。利用分子束外延技术研究了如何从量子点材料生长和器件设计两方面来克服这些困难,并且制作了几种不同结构的InGaAs/GaAs量子点红外探测器。 在77 K时,这些器件在垂直入射条件下观察到了很强的光电流信号。     

红外探测器杜瓦冷头的低温可靠性研究

红外探测器杜瓦冷头结构受温度冲击时容易损伤,甚至会导致探测器组件失效。这是红外探测器组件产品研制中不可避免的可靠性问题之一。针对红外探测器杜瓦冷头的低温可靠性问题展开了相关研究。结合粘接失效原理和有限元仿真,讨论了粘接胶厚度、溢胶等情况对杜瓦冷头低温应力、冷头-冷指粘接面积与探测器温度关系的影响。结果表明,胶层状态是影响杜瓦冷头低温损伤和温度传导的重要原因。产品研制过程中可通过控制粘接胶层来降低大面阵探测器粘接结构的低温应力,从而提高冷头结构的低温可靠性。     

杜瓦激活对探测器芯片温度影响的理论与试验研究

杜瓦激活过程会引起探测器芯片温度过冲,导致芯片失效。通过仿真计算分析了吸气剂激活过程中产生的温度分布,研究了探测器芯片在杜瓦激活时温度升高过冲的主要传热途径,并提出了一种吸气剂挡板方案。试验结果表明,该方案可将激活过程中探测器芯片表面的最高温度由105℃降至85℃,解决了激活过程中探测器芯片的温度过冲问题。     

微型金属复合杜瓦瓶漏热测试系统的设计

杜瓦瓶是红外探测器的核心组件,其质量会直接影响整个热成像系统的可靠性。为了能更好地检测杜瓦瓶的真空特性,本文设计了一套用来测试杜瓦瓶液氮保持时间的设备,通过测试器件开路电压、液氮挥发等参数确定杜瓦器件真空的性能变化。本文对杜瓦瓶漏热进行了理论计算,并且进行了大量实验。根据实验数据与理论计算的比较可以看到,该设备具有较好的测量精度,达到了预期的设计目标。     

红外探测器的最新进展

首先,简述了红外光电探测器的发展历史以及分类,可分为室温探测器和低温探测器。然后对每种探测器所使用的材料进行了介绍,室温探测器介绍了氧化钒、无定型硅,低温探测器介绍了碲镉汞（HgCdTe）、量子阱和锡化物超晶格,以及它们在三代红外光电探测器方面的研究进展。最后,介绍了黑硅材料以及黑硅在探测器应用中的最新进展。     

制冷型红外探测器的冷屏优化设计方法

制冷型红外探测器中的冷屏通常采用直角结构挡光环,而经过挡光环侧壁反射的杂散光可以直接到达焦平面,使探测器的成像质量大幅下降。通过对冷屏挡光环结构进行理论分析,提出了一种抑制杂散光的挡光环侧壁的优化结构。利用Lighttools软件对优化前后的冷屏进行了模拟分析,杂散光的总功率减少71.6%。通过实验验证,探测器的平均响应非均匀性减少27.1%,成像效果有明显改善。结果表明,这种挡光环侧壁的优化结构对于抑制杂散光是十分有效的。     

GaN基量子阱红外探测器的设计

为了实现GaN基量子阱红外探测器,利用自洽的薛定谔一泊松方法对GaN基多量子阱结构的能带结构进行了研究。考虑了GaN基材料中的自发极化和压电极化效应,通过设计适当的量子阱结构,利用自发极化和压电极化的互补作用,设计出了极化匹配的GaN基量子阱红外探测器,为下一步实现GaN基量子阱红外探测器做好了准备。     

TDI型红外探测器空间校正方法的设计与实现

时间延迟积分(TDI)型红外探测器作为第二代红外探测器,具有更高的温度灵敏度和更大的扫描成像视场.和面阵成像探测器相比,TDI型红外探测器必须在装置中加入扫描机构进行扫描成像,由于TDI型红外探测器光敏元在空间的位置交错排列,为了保证奇偶像元对同一目标成像,这就涉及到扫描方向与探测器奇偶像元空间匹配的问题.以480×6红外探测器为例,详细介绍了TDI型红外探测器光敏元的排列结构、工作方式以及空间校正的原理,给出了空间校正的算法和FPGA实现方法,并通过仿真和实验验证了方法的正确性.     

红外探测器光谱一致性测试方法研究

红外焦平面探测器的光谱一致性是评价材料制备水平的重要参数之一。探测器材料因制备工艺的不同而存在差异。由于光谱仪光斑尺寸的限制、探测器杜瓦结构的局限性以及设备采集光谱的巨大数据量,难以对探测器组件的光谱一致性进行测试分析。为此提出了一种新方法,即选取用传统工艺和优化工艺制备的两种探测器样品,并选取成像图中与工艺相关的多个明暗特征区域,再测试这些区域的光谱曲线并对其进行分析汇总,然后通过比较光谱最大差异来评判探测器光谱一致性的优劣。该方法测得两种探测器特征区域的光谱最大差异分别为1.21 μm和0.30 μm。测试结果表明,优化工艺后的光谱一致性优于传统工艺。     

国产机载红外探测器的应用效果评估方法

随着我军装备国产化步伐的加快,需要对国产核心电子器件的应用效果进行评估,以推动国产核心电子器件在我军装备中的工程应用。首先介绍了开展国产红外探测器应用效果评估的背景及必要性,然后详细描述了国产红外探测器在器件级、模块级、设备级和系统级的应用效果评估方法,最后通过分析论证对国产红外探测器在机载系统中的应用效果进行了科学评价。该方法可牵引国产红外探测器的优化改进,以支撑我军装备承制单位的综合保障及可靠性设计工作。