高灵敏度的量子效应探测器的建模和微光探测

针对新型量子点-量子阱光电探测器在不同的辐照功率和器件偏压下的电特性测试,采用曲线拟合的方法,得到不同辐照光功率下的I-V、C-V之间的函数关系,应用Verilog-A语言建立等效电路模型,然后利用电路模拟软件进行验证,为读出电路的设计提供准确的便于和读出电路一起模拟仿真的探测器模型。针对这种探测器低温下具有的暗电流小、灵敏度高、光电转换效率高等优点,设计了电容反馈互阻放大器(CTIA)和相关双采样(CDS)结构的读出电路。芯片集成后和2×8阵列的量子效应探测器封装在陶瓷基板上,低温下(77 K)采用633 nm He-Ne激光聚焦照射探测器,测试得到探测器的微光响应电压。实验结果表明,当器件在50 pW光功率、29.3μs的积分时间、偏压约-3.1 V时,读出电路与探测器对接后12个像元有响应电压;增大光功率至500 pW时,16个像元都有响应;读出电路与探测器对接后平均响应电压为18 mV,平均电压响应率达到3.6×107 V/W。     

9μm截止波长128×128 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列

报道了128×128 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列的设计和制作.采用金属有机化学气相淀积外延技术生长外延材料,并在GaAs集成电路工艺线上完成工艺制作.为得到器件参数,设计制作了台面尺寸为300μm×300μm的大面积测试器件;77K下2V偏压时暗电流密度为1.5×10-3A/cm2;80K工作温度下,器件峰值响应波长为8.4μm,截止波长为9μm,黑体探测率DB 为3.95×108(cm·Hz1/2)/W.将128×128元 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列芯片与相关CMOS读出电路芯片倒装焊互连,在80K工作温度下实现了室温环境目标的红外热成像,盲元率小于1%.     

新原理光电探测阵列的微光响应测试研究

针对暗电流低、灵敏度高等优点的新原理量子效应光电探测器,设计和加工了增益可调CTIA读出电路,以获得宽动态范围读出。读出电路芯片与164元量子效应光电探测器集成封装,在室温（300 K）条件下进行读出测试研究。光源采用633 nmHe-Ne激光器,直径50 m光斑聚焦照射。测试结果表明:器件偏压为-0.1 V,激光功率150 pW,积分时间78 s,响应电压55 mV,电压响应率达到3.67 E+08 V/W。根据测试结果,提出了进一步降低暗电流影响的改进测试方案。     

9μm截止波长128×128 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列

报道了128×128 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列的设计和制作.采用金属有机化学气相淀积外延技术生长外延材料,并在GaAs集成电路工艺线上完成工艺制作.为得到器件参数,设计制作了台面尺寸为300μm×300μm的大面积测试器件;77K下2V偏压时暗电流密度为1.5×10-3A/cm2;80K工作温度下,器件峰值响应波长为8.4μm,截止波长为9μm,黑体探测率DB 为3.95×108(cm·Hz1/2)/W.将128×128元 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列芯片与相关CMOS读出电路芯片倒装焊互连,在80K工作温度下实现了室温环境目标的红外热成像,盲元率小于1%.     

高速高效光电探测器的制备、测试及特性分析

报道了一种垂直入射的InP基InGaAs pin光电探测器,介绍了它的制备和测试方法并对器件所展示出的高效,高速,高线性度特性进行了分析。器件的暗电流密度在0和-5V偏压时分别为1.37×10-5 A/cm2和93×10-5 A/cm2;在1.55μm波长,-3V偏压下,器件的线性光响应高达28mW,相应的最大线性电流为17mA,响应度达到0.61A/W(无减反射膜);在-5V偏压下,器件获得高达17.5GHz的3dB带宽。     

新型量子光电探测器读出与显示

对一种响应近红外的新型量子光电探测器特性进行测试和分析,给出了2×8探测器阵列和读出电路的对接测试结果,设计初步的成像系统采集显示焦平面输出。探测器有一个-0.8V的阈值电压,偏压大于阈值电压后器件响应率远大于1A/W,且响应率随光照功率增大减小。2×8探测器阵列与设计的读出电路通过Si基板对接后在77K条件测试,读出电路的线性度好于99.5%,信噪比达到67dB,探测器偏压为-1.5V,积分时间为200μs时探测器率达到1.38×1010cmHz1/2/W,达到实际应用的要求。设计了数据采集卡和成像系统验证了对接样品的实用性。     

宽带3-5μm量子阱红外探测器的研制

采用分子束外延方法在GaAs衬底上生长了n型掺杂的应变InGaAs/A1GaAs多量子阱结构,制作成3-5μm波段的量子阱红外探测器,响应峰值波长λp=4.2μm,响应带宽可达△λ/λ=50%,500K黑体探测率DBB(500,1000,1)达1.7×1010cm@Hz1/2/W.     

基于InAs/GaAs量子点-石墨烯复合结构的肖特基光电探测器研究

石墨烯具有电子迁移率高、透过率高(T≈97.7%)且费米能级可调的特性。砷化镓的电子迁移率比硅的大5到6倍。引入砷化铟量子点后,光电探测器具有低暗电流、高工作温度、高响应率和探测率的特点,因而可被用于制备响应快、量子效率高和光谱宽的光电探测器。对基于InAs/GaAs量子点-石墨烯复合结构的肖特基结的I-V特性和光电响应进行了研究。结果表明,在0 V偏压下,该器件在400 nm～950 nm均有响应,峰值响应率可达0.18 A/W;在反向偏压下,器件的峰值响应率可达到0.45 A/W。通过对暗电流随温度变化的特性进行分析,得到了InAs/GaAs量子点-石墨烯肖特基结在室温附近以及80 K附近的势垒高度。     

MOCVD与MBE生长GaAs/AlGaAs量子阱材料的红外探测器特性比较*

用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)生长GaAs/AlGaAs量子阱材料,并制成红外探测器.测量了材料的光致发光光谱和探测器的光电流响应光谱及其它光电特性,峰值波长7.9μm,响应率达到6×103V/W,与分子束外延法(MBE)生长的材料和相关器件进行了比较,MOCVD法可满足量子阱材料和器件的要求.     

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.     

中波-长波双色量子阱红外探测器

采用n型掺杂的AlGaAs/GaAs和AlGaAs/InGaA多量子阱材料,基于MOCVD外延生长技术,利用成熟的GaAs集成电路加工工艺,设计并制作了不同结构的中波-长波双色量子阱红外探测器(QWIP)器件,器件采用正面入射二维光栅耦合,光栅周期设计为4μm,宽度2μm;对制作的500μm×500μm大面积双色QWIP单元器件暗电流、响应光谱、探测率进行了测试和分析。在-3V偏压、77K温度和300K背景温度下长波(LWIR)和中波(MWIR)QWIP的暗电流密度分别为0.6、0.02mA/cm2;-3V偏压、80K温度下MWIR和LWIR QWIP的响应光谱峰值波长分别为5.2、7.8μm;在2V偏压、65K温度下,LWIR和MWIR QWIP的峰值探测率分别为1.4×1011、6×1010cm.Hz1/2/W。     

1 024×1 024 AlGaN紫外焦平面读出电路的超低功耗设计

提出了一种新型的超低功耗读出电路用于18 μm中心距1 024×1 024面阵规模的AlGaN紫外焦平面。为了实现低功耗设计紫外焦平面读出电路,采用了三种设计方法,包括:电容反馈跨阻放大器CTIA结构采用工作在亚阈值区的单端输入运算放大器,列像素源随缓冲器和电平移位电路共用同一个电流源负载以及列级缓冲器的分时尾电流源设计。由于像素单元内CTIA采用了单端输入运算放大器,在3.3 V供电电压下,每个像素单元最小工作电流仅8.5 nA。该读出电路设计了可调偏置电流电路使读出电路能得到更好的性能并基于SMIC 0.18 μm 1P6M混合信号工艺平台进行了设计制造。测试结果表明:由于采用了上述设计方法,整个芯片的功耗在2 MHz时钟8路输出模式下仅67.3 mW。     

640×512数字化InGaAs探测器组件

数字化InGaAs探测器是短波红外探测器技术发展的一个重要方向,它不仅可以提升系统的集成度,还可以提升成像系统的各项技术指标。通过将模拟-数字转换器（ADC）集成到读出电路中实现数字化读出电路是数字化InGaAs探测器的技术核心。文中介绍了640×512数字化读出电路的设计与实现,并与InGaAs探测器通过铟柱进行倒装互联形成了数字化InGaAs探测器组件。通过对探测器组件的测试得到读出噪声为230 μV,峰值量子效率为65%,在300 K温度下探测率为1.2×1012 cmHz1/2/W,在60 Hz帧频下功耗为94 mW。测试结果表明,数字化InGaAs探测器组件具有低读出噪声,高线性度,高传输带宽,高抗干扰性等特点。     

长波双色Al_xGa_(1-x)As/GaAs量子阱红外探测器的研制

介绍了长波双色AlxGa1-xAs/GaAs多量子阱红外探测器单元的设计、制作和测试。器件光敏面面积为300μm×300μm,光吸收峰值波长分别为10.8、11.6μm;采用垂直入射光耦合的工作模式,65K温度2V偏压下,两个多量子阱区的暗电流分别为4.23×10-6、4.19×10-6A;黑体探测率分别为1.5×109、6.7×109cm.Hz1/2/W;响应率分别为0.063、0.282A/W。GaAs基量子阱红外探测器(QWIP)材料生长和加工工艺成熟、大面积均匀性好、成本低、不同波段之间的光学串音小,使得AlGaAs/GaAsQWIP在制作多色大面阵方面具有明显的优势。     

AlGaAs/GaAs quantum well infrared photodetector focal plane array based on MOCVD technology

128 × 128, 128 × 160 and 256 × 256 AlGaAs/ GaAs quantum well infrared photodetector (QWIP) focal plane arrays (FPA) as well as a large area test device are designed and fabricated. The device with n-doped back-illuminated AIGaAs/GaAs quantum structure is achieved by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) epitaxial growth and GaAs integrated circuit processing technology. The test device is valued by its dark current performance and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) spectra at 77 K. Cut off wavelengths of 9 and 10.9 μm are realized by using different epitaxial structures. The blackbody detectivity DB* is as high as 2.6 × 109 cm· Hz1/2·W-1. The 128 × 128 FPA is flip-chip bonded on a CMOS readout integrated circuit with indium (In) bumps. The infrared thermal images of some targets under room temperature background have been successfully demonstrated at 80 K operating temperature. In addition, the methods to further improve the image quality are discussed.     

Partially relaxed multiquantum well InGaAs/AlGaAs heterojunctionphototransistor operating at 955-970 nm

The authors report a partially relaxed InGaAs multiquantum well based heterojunction phototransistor with high responsivity in the transmission window of the GaAs substrate which shows no degradation in performance due to lattice relaxation. The peak responsivity increased from 10 A/W at 0.5 μW incident optical power to 100 A/W at 50 μW corresponding to a current gain of 925. At 8 V collector-emitter voltage the responsivity is constant from 957 to 973 nm, with a responsivity of 5 A/W at 0.5 μW and 55 A/W at 50 μW     

Monolithically integrated long wavelength photoreceiver OEIC based on InP/InGaAs HBT technology

The epitaxial structure and growth, circuit design, fabrication process and characterization are described for the photoreceiver opto-electronic integrated circuit (OEIC) based on the InP/lnGaAs HBT/PIN photodetector integration scheme. A 1.55 μm wavelength monolithically integrated photoreceiver OEIC is demonstrated with self-aligned InP/lnGaAs heterojunction bipolar transistor (HBT) process. The InP/lnGaAs HBT with a 2 μm × 8 μm emitter showed a DC gain of 40, a DC gain cutoff frequency of 45 GHz and a maximum frequency of oscillation of 54 GHz. The integrated InGaAs photodetector exhibited a responsivity of 0.45 AAV at λ = 1.55 μm, a dark current less than 10 nA at a bias of -5 V and a -3 dB bandwidth of 10.6 GHz. Clear and opening eye diagrams were obtained for an NRZ 223-l pseudorandom code at both 2.5 and 3.0 Gbit/s. The sensitivity for a bit error ratio of 10-9 at 2.5 Gbit/s is less than -15.2 dBm.