碲镉汞短波红外焦平面探测器在红外天文观测中具有重要作用。采用光子转移曲线(Photon Transfer Curve, PTC)来表征探测器性能参数是一种重要的测试方法。根据PTC测量探测器的增益是表征探测器其他性能的前提。采用碲镉汞液相外延薄膜...碲镉汞短波红外焦平面探测器在红外天文观测中具有重要作用。采用光子转移曲线(Photon Transfer Curve, PTC)来表征探测器性能参数是一种重要的测试方法。根据PTC测量探测器的增益是表征探测器其他性能的前提。采用碲镉汞液相外延薄膜材料和n-on-p芯片结构制备了640×512规格的红外探测器,探测器截止波长为2.0μm。用PTC方法测量红外焦平面探测器的增益,发现在焦平面上不同区域的增益是不均匀的,增益的非均匀性达到了20.2%。增益的非均匀性反映了探测器芯片内部性能的差异,尤其是不同光敏元噪声的差异。芯片加工过程可能是引起增益不均匀的原因之一。通过改进芯片工艺,特别是改进芯片的机械化学减薄工艺,降低抛光损伤,提高了探测器芯片表面不同区域的增益均匀性。改进工艺后,增益的非均匀性从20.2%降低到0.3%,获得了增益均匀的探测器芯片,增益的平均值为0.159 DN/e-,并测量得到探测器的暗电流为2.2 e-/s,读出噪声为67 e-。展开更多
为提高势垒型中波InAs/InAsSb二类超晶格红外探测器器件性能,研究并设计了nBn势垒型InAs/InAsSb器件结构。针对InAs/InAsSb红外探测器器件结构特征,分析了暗电流的主导机制和能带特性,采用基于泊松方程、连续性方程和热方程的数值计算方...为提高势垒型中波InAs/InAsSb二类超晶格红外探测器器件性能,研究并设计了nBn势垒型InAs/InAsSb器件结构。针对InAs/InAsSb红外探测器器件结构特征,分析了暗电流的主导机制和能带特性,采用基于泊松方程、连续性方程和热方程的数值计算方法,通过精确调控吸收层掺杂、势垒层掺杂、势垒层厚度、温度和组分等,构建出高能量势垒以有效阻挡多数载流子,允许少数载流子迁移,实现价带偏移(Valence Band Offset,VBO)接近于零的要求,从而有效降低暗电流。研究结果表明,在1×10^(15)~1×10^(17)cm^(-3)范围内降低势垒层掺杂浓度,VBO和暗电流开启电压绝对值均会减小,当AlAs1-xSbx势垒中Sb组分为0.91时,VBO接近于零。对于吸收层,随着掺杂浓度的提高,暗电流呈现减小趋势,但趋势较不明显。在-0.5V偏压,140 K工作条件下,吸收层和势垒层掺杂浓度分别为1×10^(13)cm^(-3),1×10^(15)cm^(-3),吸收层与势垒层厚度分别为3μm,80 nm,得到器件结构参数优化后的暗电流低至4.5×10^(-7)A/cm^(2),证明InAs/InAsSb中波红外探测器具有高温工作的应用前景,可广泛应用于导弹预警、红外制导、航空航天等领域。展开更多
短波红外InGaAs焦平面探测器具有探测率高、均匀性好等优点,在航天遥感、微光夜视、医疗诊断等领域具有广泛应用。近十年来,中国科学院上海技术物理研究所围绕高灵敏度常规波长(0.9~1.7μm)InGaAs焦平面、延伸波长(1.0~2.5μm)InGaAs焦...短波红外InGaAs焦平面探测器具有探测率高、均匀性好等优点,在航天遥感、微光夜视、医疗诊断等领域具有广泛应用。近十年来,中国科学院上海技术物理研究所围绕高灵敏度常规波长(0.9~1.7μm)InGaAs焦平面、延伸波长(1.0~2.5μm)InGaAs焦平面以及新型多功能InGaAs探测器取得了良好进展。在常规波长InGaAs焦平面方面,从256×1、512×1元等线列向320×256、640×512、4000×128、1280×10^24元等多种规格面阵方面发展,室温暗电流密度优于5 n A/cm2,室温峰值探测率优于5×10^12cm·Hz1/2/W。在延伸波长InGaAs探测器方面,发展了高光谱高帧频10^24×256、10^24×512元焦平面,暗电流密度优于10 n A/cm^2和峰值探测率优于5×10^11cm·Hz1/2/W@200 K。在新型多功能InGaAs探测器方面,发展了一种可见近红外响应的InGaAs探测器,通过具有阻挡层结构的新型外延材料和片上集成微纳陷光结构,实现0.4~1.7μm宽谱段响应,研制的320×256、640×512焦平面组件的量子效率达到40%@0.5 m、80%@0.8 m、90%@1.55 m;发展了片上集成亚波长金属光栅的InGaAs偏振探测器,其在0°、45°、90°、135°的消光比优于20:1。展开更多
中科院上海技物所近十年来开展了高性能短波红外InGaAs焦平面探测器的研究。0.9~1.7mm近红外In Ga As焦平面探测器已实现了256×1、512×1、1024×1等多种线列规格,以及320×256、640×512、4000×128等面阵,...中科院上海技物所近十年来开展了高性能短波红外InGaAs焦平面探测器的研究。0.9~1.7mm近红外In Ga As焦平面探测器已实现了256×1、512×1、1024×1等多种线列规格,以及320×256、640×512、4000×128等面阵,室温暗电流密度<5 n A/cm^2,室温峰值探测率优于5×10^(12)cm×Hz^(1/2)/W。同时,开展了向可见波段拓展的320×256焦平面探测器研究,光谱范围0.5~1.7mm,在0.8mm的量子效率约20%,在1.0mm的量子效率约45%。针对高光谱应用需求,上海技物所开展了1.0~2.5mm短波红外InGaAs探测器研究,暗电流密度小于10 n A/cm^2@200 K,形成了512×256、1024×128等多规格探测器,峰值量子效率高于75%,峰值探测率优于5×10^(11)cm×Hz^(1/2)/W。展开更多
文摘为提高势垒型中波InAs/InAsSb二类超晶格红外探测器器件性能,研究并设计了nBn势垒型InAs/InAsSb器件结构。针对InAs/InAsSb红外探测器器件结构特征,分析了暗电流的主导机制和能带特性,采用基于泊松方程、连续性方程和热方程的数值计算方法,通过精确调控吸收层掺杂、势垒层掺杂、势垒层厚度、温度和组分等,构建出高能量势垒以有效阻挡多数载流子,允许少数载流子迁移,实现价带偏移(Valence Band Offset,VBO)接近于零的要求,从而有效降低暗电流。研究结果表明,在1×10^(15)~1×10^(17)cm^(-3)范围内降低势垒层掺杂浓度,VBO和暗电流开启电压绝对值均会减小,当AlAs1-xSbx势垒中Sb组分为0.91时,VBO接近于零。对于吸收层,随着掺杂浓度的提高,暗电流呈现减小趋势,但趋势较不明显。在-0.5V偏压,140 K工作条件下,吸收层和势垒层掺杂浓度分别为1×10^(13)cm^(-3),1×10^(15)cm^(-3),吸收层与势垒层厚度分别为3μm,80 nm,得到器件结构参数优化后的暗电流低至4.5×10^(-7)A/cm^(2),证明InAs/InAsSb中波红外探测器具有高温工作的应用前景,可广泛应用于导弹预警、红外制导、航空航天等领域。
文摘短波红外InGaAs焦平面探测器具有探测率高、均匀性好等优点,在航天遥感、微光夜视、医疗诊断等领域具有广泛应用。近十年来,中国科学院上海技术物理研究所围绕高灵敏度常规波长(0.9~1.7μm)InGaAs焦平面、延伸波长(1.0~2.5μm)InGaAs焦平面以及新型多功能InGaAs探测器取得了良好进展。在常规波长InGaAs焦平面方面,从256×1、512×1元等线列向320×256、640×512、4000×128、1280×10^24元等多种规格面阵方面发展,室温暗电流密度优于5 n A/cm2,室温峰值探测率优于5×10^12cm·Hz1/2/W。在延伸波长InGaAs探测器方面,发展了高光谱高帧频10^24×256、10^24×512元焦平面,暗电流密度优于10 n A/cm^2和峰值探测率优于5×10^11cm·Hz1/2/W@200 K。在新型多功能InGaAs探测器方面,发展了一种可见近红外响应的InGaAs探测器,通过具有阻挡层结构的新型外延材料和片上集成微纳陷光结构,实现0.4~1.7μm宽谱段响应,研制的320×256、640×512焦平面组件的量子效率达到40%@0.5 m、80%@0.8 m、90%@1.55 m;发展了片上集成亚波长金属光栅的InGaAs偏振探测器,其在0°、45°、90°、135°的消光比优于20:1。
文摘中科院上海技物所近十年来开展了高性能短波红外InGaAs焦平面探测器的研究。0.9~1.7mm近红外In Ga As焦平面探测器已实现了256×1、512×1、1024×1等多种线列规格,以及320×256、640×512、4000×128等面阵,室温暗电流密度<5 n A/cm^2,室温峰值探测率优于5×10^(12)cm×Hz^(1/2)/W。同时,开展了向可见波段拓展的320×256焦平面探测器研究,光谱范围0.5~1.7mm,在0.8mm的量子效率约20%,在1.0mm的量子效率约45%。针对高光谱应用需求,上海技物所开展了1.0~2.5mm短波红外InGaAs探测器研究,暗电流密度小于10 n A/cm^2@200 K,形成了512×256、1024×128等多规格探测器,峰值量子效率高于75%,峰值探测率优于5×10^(11)cm×Hz^(1/2)/W。
