分别采用干法刻蚀工艺路线和湿法腐蚀工艺路线制备了面阵规模为320×256、像元中心距为30 m的InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长/长波双色红外焦平面器件，并对其台面形貌、接触孔形貌、伏安特性以及互连读出电路并封入杜瓦后的中测性能进行了对比研究。总结了采用干法工艺和湿法工艺制备双色InAs/GaSb Ⅱ类超晶格焦平面器件的特点。该研究对InAs/GaSb Ⅱ类超晶格焦平面器件的研制具有参考意义。
Ⅱ类超晶格 焦平面 双色 InAs/GaSb type-II superlattice focal plane array dual-color0
1 华北光电技术研究所，北京 100015
2 中国科学院半导体研究所 半导体超晶格国家重点实验室，北京 100083
报道了长/长波双色二类超晶格红外焦平面探测器组件的研制。通过能带结构设计和分子束外延技术，获得了表面质量良好的长/长波双色超晶格外延材料。突破了长波超晶格低暗电流钝化、低损伤干法刻蚀等关键技术，制备出像元中心距30 μm的320×256长/长波双色InAs/GaSb超晶格焦平面探测器芯片。将芯片与双色读出电路互连，采用杜瓦封装，与制冷机耦合形成探测器组件。组件双波段50%后截止波长分别为7.7 μm（波段1）和10.0 μm（波段2）。波段1平均峰值探测率达到8.21×1010 cmW-1Hz1/2，NETD实现28.8 mK；波段2平均峰值探测率达到6.15×1010 cmW-1Hz1/2，NETD为37.8 mK，获得了清晰的成像效果，实现长/长波双色探测。
二类超晶格 长/长波 双色 焦平面阵列 type-II superlattice long-/long-wavelength dual-band focal plane array
采用双色单铟柱结构的II类超晶格红外探测器件在台面成型过程中加工难度大且易于产生损伤, 影响器件的性能。针对此问题进行了低损伤、高深宽比II类超晶格材料的台面刻蚀技术研究。首先建立一种损伤评判机制, 判断现有工艺刻蚀后材料是否发生反型。然后通过优化光刻胶厚度、变功率分步刻蚀的方式, 实现低损伤、高深宽比II类超晶格材料的台面刻蚀, 同时有效解决单次刻蚀深台面时易堆积生成物以及侧壁过于陡峭等工艺问题。台面中心间距为20 m, 刻蚀深度超过8 m, 缝隙深宽比可达2。基于此台面制备的器件具有明显的双阻抗特征。其中, 长波阻抗峰值为100 MΩ, 并且I-V曲线中长波侧的平坦区超过100 mV。从电学角度初步判断该器件具有双色探测的能力, 验证了本文工艺的可行性。
II类超晶格 低损伤 刻蚀技术 type-II superlattice low damage etching technique
为了验证外延材料制备工艺试验的正确性，减少GaSb衬底对红外光的吸收，同时提升探测器的可靠性和长期稳定性，需要对II类超晶格红外探测器的GaSb衬底进行减薄处理。采用机械抛光法和机械化学抛光法实现II类超晶格探测器的GaSb衬底背面减薄，最后利用专用腐蚀液腐蚀的方法将GaSb衬底全部去除，使II类超晶格材料完全露出。扫描电镜测试表明，超晶格材料腐蚀阻挡层能起到较好的阻挡作用，材料表面光滑，衬底无残留。探测器性能测试结果表明，减薄后的探测器芯片性能未发生变化。
II类超晶格 锑化镓衬底 背面减薄 腐蚀 type-II superlattice GaSb substrate back-thinning etch
华北电力大学 环境科学与工程学院, 资源环境系统优化教育部重点实验室, 北京 102206
近年来, 利用石墨氮化碳(g-C3N4)光催化法将易溶的U(VI)还原为难溶的U(IV)来清除铀, 已逐渐成为放射性核素研究的热点。本研究将一种含金属钴的金属有机框架材料(MOFs)作为自牺牲模板, 利用简单热共聚法成功合成了含有Co-Nx构型的CoNx/g-C3N4催化剂。在固液比为1.0 g/L、pH 5.0、可见光照射45 min下, 制备的催化剂(w(Co-MOFs) : w(g-C3N4)=1 : 1)对50 mg/L的U(VI)标准溶液还原率达到100%。从形貌, 微观结构和光学性能等方面对催化剂进行了表征,结果显示, 引入Co有效拓宽了g-C3N4对可见光的吸收范围, 抑制了光生电子与空穴的复合, 从而促进了U(VI)的还原反应。此外, 基于捕获实验深入探究了U(VI)在CoNx/g-C3N4材料表面催化可能的反应机理。研究表明, CoNx/g-C3N4复合光催化剂光学性能优异, 制备方法简单且绿色环保, 对放射性废水中的U(VI)的光催化还原去除效果较好。本工作对后续石墨氮化碳类新型材料的设计、合成与实际应用具有一定的参考作用。
石墨氮化碳(g-C3N4) 金属有机框架材料(MOF) 光催化还原 铀 graphite carbon nitride (g-C3N4) metal organic framework (MOF) photocatalytic reduction uranium
1 华北光电技术研究所，北京100015
2 空装驻北京地区第七军事代表室，北京100086
研究了InSb红外焦平面探测器的区域性过热盲元问题。通过故障分析以及有针对性的排查对比试验，排除了封装、胶水填充和划片等因素，并将故障定位在钝化工艺前。通过对钝化前的InSb材料片表面进行X射线光电子能谱测试，发现它含有Al和As等杂质元素，存在钝化前材料表面杂质含量较多的隐患。杂质元素在PN结的耗尽区形成杂质能级，加载电压后容易导致PN结漏电流较高，使I-V特性退化，从而形成过热盲元。通过缩短器具洗液的更换周期并且分隔使用多个生产线的器具，可以减少材料表面的杂质附着，使区域性过热盲元问题得到有效解决。
区域性过热盲元 红外探测器 regional overheating dead pixel InSb InSb infrared detector
InAs/GaSb II类超晶格材料是第三代红外焦平面探测器的优选材料。报道了一种面阵规模为320×256、像元中心距为30 m的InAs/GaSb II类超晶格长波红外焦平面器件。在77 K时，该器件的平均峰值探测率为7.6×1010 cm?Hz1/2?W-1，盲元率为1.46%，响应非均匀性为7.55%，噪声等效温差(Noise Equivalent Temperature Difference, NETD)为25.5 mK。经计算可知，这种器件的峰值量子效率为26.2%，50%截止波长为9.1 m。最后对该器件进行了成像演示。结果表明，该研究为后续的相关器件研制奠定了基础。
InAs/GaSb II类超晶格 长波红外 焦平面阵列 InAs/GaSb type-II superlattice long-wavelength infrared focal plane array
由于具有带隙可调、电子有效质量大、俄歇复合率低等特点，II类超晶格在长波红外和甚长波红外探测方面具有独特优势。介绍了长波超晶格探测器制备方面的研究进展，包括能带结构设计、表面缺陷控制、周期结构控制和表面钝化。最后报道了320×256长波超晶格焦平面阵列及其测试性能。结果表明，在77 K工作温度下，该阵列的截止波长为9.6m，平均峰值探测率D*为7×1010 cm?Hz1/2/W，噪声等效温差 (Noise Equivalent Temperature Difference, NETD)为34 mK，响应非均匀性为7%。
II类超晶格 长波 红外探测器 type-II superlattice long-wave infrared detector
1 华北光电技术研究所，北京100015
2 空军装备部驻北京地区第七军事代表室，北京100015
锑化铟红外焦平面器件在杜瓦测试中常常会出现信号分层问题，由此影响器件制造的成品率。通过对器件杜瓦测试电平图、管芯电流电压测试结果及衬底掺杂浓度进行研究，找到了导致探测器信号分层的原因。进一步的理论分析表明，锑化铟衬底上局部的高浓度掺杂区域会对器件性能造成影响。基于此研究，在芯片的制备过程中可采取相应的措施，最大限度地避免后道工序中的无效工作，从而提高锑化铟焦平面器件工艺线的流片效率。
锑化铟 红外焦平面探测器 信号分层 InSb IRFPA detector signal layering
华北电力大学 环境科学与工程学院, 资源环境系统优化教育部重点实验室, 北京 102206
光催化氧化法能够高效去除水体中的持久性有机污染物, 在污水净化领域展现出广阔的应用前景。本研究分别以尿素和双氰胺为原料, 采用冷干辅助热聚合法制备了还原性氧化物石墨烯/氮化碳(RGO/g-C3N4)二元可见光催化剂, 并对样品的形貌结构和光学性能进行了分析表征。结果表明, 二维层状g-C3N4与RGO在异质结界面上紧密的结合在一起。同时以内分泌干扰物双酚A (BPA)为降解污染物, 研究了不同催化剂在可见光下活化过硫酸盐去除BPA的活性。光催化实验结果显示, 在可见光(λ>420 nm)照射下, 加入氧化剂过硫酸盐(PS)作为电子受体, 有效地增强了光催化剂可见光降解BPA的活性。以尿素为原料制备的RGO/g-C3N4催化剂在40 min内几乎完全去除溶液中的BPA。经过5次循环反应后, 可见光照射40 min, 该催化剂对BPA的去除率仍能达到80%以上, 表现出良好的稳定性。
氮化碳 还原性氧化物石墨烯 可见光光催化 过硫酸盐 g-C3N4 reduced graphene oxide visible-light photocatalysis persulfate
