摘要：采用分子束外延方法生长的PIN型InP/InGaAs/InP双异质结材料制备了正照射256×1元近红外探测器,并与128×1奇偶两路读出电路互连,制备了近红外256×1元焦平面探测器.针对近红外InGaAs焦平面探测器中的无效像元问题,通过光学显微镜、扫描电镜和电学测试将无效像元进行分类,并分析了无效像元产生的原因.研究结果表明光敏芯片较低的零偏电阻、键压过程引入的损伤和虚焊以及钝化膜侧面覆盖较薄导致了无效像元的产生,通过光敏芯片设计结构改进和钝化膜工艺优化,消除了近红外256×1元InGaAs焦平面探测器的无效像元.

摘要：提出了一种新型的超低功耗读出电路用于18μm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 0.18μm 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。

摘要：为研究铟镓砷焦平面的噪声特性,设计了两种不同吸收层掺杂浓度的InGaAs外延材料,采用标准工艺制备了平面型160×128元光敏芯片,并与相同结构的读出电路倒焊耦合形成160×128元焦平面,采用改变积分时间和改变器件温度的方法,测试焦平面的信号与噪声.通过研究不同材料参数、器件性能与焦平面噪声的关系,定量分析了短波红外InGaAs焦平面的噪声特性.结果表明,焦平面噪声主要来源于焦平面耦合噪声和探测器噪声,降低InGaAs外延材料吸收层的掺杂浓度,可以有效降低探测器电容,从而降低焦平面的耦合噪声;而探测器噪声由探测器暗电流和工作温度影响,该噪声在长积分时间下决定了焦平面的总噪声水平.实现低暗电流、低电容特性的光敏芯片是降低焦平面噪声的有效途径.

摘要：在研制制冷型红外探测器组件的过程中,降低功能模块的热应力是设计及制造的核心目标之一,这要求首先能够对焦平面模块的热应力进行测量表征,工程上一般通过形变等间接量来表征碲镉汞的热应力。基于此研究了激光干涉法测量制冷型红外焦平面探测器的表面形变并对其误差进行了分析,该方法克服了常规的台阶仪测量方法所固有的温度控制不够理想、测试过程中样品表面有结霜等困难,它利用相干光在标准镜上干涉形成的干涉图样来反映样品表面的形变。试验表明:该方法可以进行实时变温的表面形变测量,为制冷型红外焦平面组件的封装设计提供可靠的形变测试数据,实现了焦平面模块在封装杜瓦内的表面形变的低温在线测量。

摘要：根据“天问一号”火星矿物光谱仪短波红外探测组件小型化、轻量化、低功耗的需求,分析了红外探测器匹配性设计、集成式制冷机杜瓦适应性研制的难点。针对短波红外探测器高灵敏度、低温目标及多光谱探测需求的长积分时间模式的集成封装、抗大量级星器分离冲击等特点,提出了高信噪比探测器总体设计、具有噪声隔离和集成式冷平台结构设计、抗径向冲击的斜支撑结构设计等。解决了短波红外集成组件探测器低温下低热应力、长积分时间下干扰隔离、大量级力学加固、航天应用的高可靠性厚膜电路研制等关键技术。成功研制了短波碲镉汞探测器杜瓦制冷组件,并经过高低温循环、随机振动及机械冲击等严苛的空间环境热学力学适应性试验验证,试验前后组件性能未发生明显变化,满足火星矿物光谱仪工程化应用的要求。

摘要：为研究保护环结构对平面型正照射式InP/InGaAs探测器光敏元扩大现象的抑制作用,设计并研制了带有不同保护环-光敏元间距的InGaAs探测器.通过原子力显微镜（AFM）及扫描电容显微镜（SCM）获得了保护环与光敏元之间的实际距离.利用激光束诱导电流（LBIC）技术研究了带有保护环结构的InGaAs探测器的光响应特性.研究表明,无保护环结构的探测器的LBIC信号可以用指数衰减函数描述,而带有保护环结构的探测器的LBIC信号则遵从高斯分布.引入保护环结构后,器件光敏元的扩大量会随着保护环-光敏元间距的减小而线性减小.在器件设计中,比较合适的保护环-光敏元间距应介于7~12μm之间.

摘要：电阻阵列的封装需求向着集成度高、大功率、深低温方向发展。为了满足130 K以下低温工作、稳态功率100 W以上的深低温应用需求,提出了一种利用液氮进行制冷的集成封装结构,并利用有限元仿真和实测验证相结合的方法验证了装置的制冷能力。结果表明,热沉钼与陶瓷电极板的厚度均为2 mm的情况下,加热功率在0.1~192.76 W区间内,有限元仿真得到的温度与实测温度最大误差小于7.67%,引起误差的主要原因是封装结构件的体热阻及界面热阻随温度发生变化而仿真时采用恒定热阻。结构能够在加热功率小于211.90 W的工况下正常工作。在设计的100 W稳定加热工况下,芯片衬底温度不高于101.9 K,热应力为5.66 MPa,满足设计要求。

摘要：为了适应未来红外焦平面探测器系统小型化、集成化和高精度的发展要求,采用了热蒸发方法分别在InP衬底和InGaAs探测器上实现了中心波长为1.38μm滤光膜的片上集成。利用偏光显微镜、原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)以及红外傅里叶光谱(FTIR)等实验手段研究了滤光膜的表面界面形貌和光学性能,结果显示,滤光膜为法布里-珀罗三谐振腔结构,与膜系设计一致;滤光膜中心波长为1.38μm,透射率在60%左右。对集成滤光膜InGaAs器件的电学和光学性能测试分析表明,滤光膜制备工艺对器件的电流电压特性和噪声基本没有影响;而集成滤光膜器件的响应要优于滤光膜分离器件的性能。

摘要：读出电路的注入效率是决定紫外焦平面探测器性能的重要因素。基于Ga N基p-i-n结构日盲紫外探测器以及CTIA结构读出电路的等效模型,对探测器信号读出的电荷注入效率进行了分析,得到了注入效率的表达式。分析了注入效率与积分时间、探测器等效电阻、探测器等效结电容、CTIA电路中运算放大器增益的依赖关系,并指出了放大器增益是有效影响注入效率的重要可控因素之一,可以用提高增益的方法获得更大的注入效率。设计了几种不同增益的运算放大器电路,并分别构成CTIA结构读出电路。采用GF 0.35μm 2P4M标准CMOS工艺设计电路版图并进行流片。将紫外探测器分别连接至具有不同放大器增益的CTIA读出电路并进行测试,通过对比注入效率的理论分析结果与实际测试结果,可以得知,注入效率的理论分析与实验结果吻合较好。

摘要：集成冷光学的红外探测器杜瓦封装在中波、长波红外组件研制中具有重要意义,有利于抑制红外辐射背景、提升仪器灵敏度和集成度。提出了集成冷光学的中波、长波双波段探测器杜瓦组件,设计了一体化冷平台支撑、低漏热透镜支撑等新结构,解决了冷光学透镜组与探测器组合、双波段探测器透镜组之间高精度配准及高强度单点支撑钎焊等新工艺,建立了该冷光学集成组件杜瓦的冷面温度均匀性、双温区控制以及低热负载等关键参数。实现了杜瓦液氮热负载小于0.85 W,中波工作于73 K,冷面温度均匀性0.36 K,长波工作于65 K,冷面温度均匀性0.08 K,探测器与透镜组配准精度偏差优于±10μm,探测器光学模组间配准偏差优于±15μm。该新型杜瓦已通过一系列空间环境适应性试验验证,成功应用于风云四号系列气象卫星大气垂直探测仪中。