红外与激光工程
2023, 52(9): 20220890
1 上海应用技术大学 材料科学与工程学院，上海 201418
2 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
通过软化学方法制备单分散的CdTe量子点，调节Hg2+的浓度离子交换实现从可见到近红外光谱准连续可调的碲镉汞（HgxCd1-xTe）量子点制备。深入分析了近红外Hg0.33Cd0.67Te 量子点的变温光致发光及其自吸收特性，研究结果表明：碲镉汞量子点的荧光强度随着温度的升高（0～100 ℃）呈线性降低趋势，谱线展宽，峰位发生红移（12 nm）；量子点的吸收和发射光谱部分重叠导致自吸收效应随着量子点的浓度增加而增强，导致量子点荧光强度的降低。
碲镉汞量子点 离子交换 近红外 自吸收 HgxCd1-xTe QDs ion exchange near-infrared self-absorption
1 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
红外光电探测技术通常工作在无源被动的传感模式，具有作用距离远、抗干扰性好、穿透烟尘雾霾能力强、全天时工作等优点，在航天遥感、**装备、天文探测等方面都有广泛应用。至今，二代、三代红外光电探测器已大规模进入装备，高端三代也在逐步推进实用化，并出现了前沿前瞻性的新概念、新技术、新器件。本文聚焦国内外的红外技术研究现状，重点介绍红外光电探测器当前的研究热点与未来的发展趋势。首先，介绍针对战术泛在化、战略高性能的SWaP3概念。其次，综述以超高空间分辨率、超高能量分辨率、超高时间分辨率、超高光谱分辨率为特征的高端三代红外光电探测器，分析挑战光强探测能力极限的红外探测器的技术特征与实现方法。然后，论述基于人工微结构的四代红外光电探测器，重点介绍偏振、光谱、相位等多维信息融合的实现途径与技术挑战。最后，从片上数字化升级为片上智能化的角度，探讨未来极具变革性趋势的红外探测器。
红外光电探测器 SWaP3 多维信息融合 片上智能化 曲面/柔性探测器 infrared photon detector SWaP3 multi-dimensional information fusion on-chip intelligence curved/flexible photodetector
1 上海应用技术大学材料科学与工程学院，上海201418
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海200083
3 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室，上海200083
赝二元体系碲镉汞(Mercury Cadmium Telluride, HgxCd1-xTe)材料具有优异的光电特性，是制备高灵敏度红外探测器的最重要材料之一。为了获得性能优异的HgxCd1-xTe探测器及其组件，目前已经发展了各种HgxCd1-xTe材料制备技术和器件制作工艺。但在各种材料制备及器件应用过程中，HgxCd1-xTe表面均会受到环境和不良表面效应的影响，所以需要采用先进的钝化工艺对其表面电荷态进行处理，改善材料表面的电学物理特性，从而实现器件探测性能的提升。因此，HgxCd1-xTe薄膜表面钝化工艺对HgxCd1-xTe红外探测器的性能提升至关重要。总结和分析了近年来碲镉汞薄膜表面钝化层的生长方法。按照本源钝化和非本源钝化进行了分类总结和综述，分析了不同钝化方法的优缺点，并对未来碲镉汞薄膜钝化工艺进行了展望。
碲镉汞 红外探测器 表面钝化 mercury cadmium telluride infrared detector surface passivation
1 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
借助有限元软件分析了原始探测器模块和加入Kovar平衡层探测器模块的应力分布情况，模拟结果表明，增加Kovar平衡层后，探测器HgCdTe外延层上的热应力有所减小，而探测器芯片表面中心位置处的形变量明显减小。在不改变平衡层材料前提下，当平衡层厚度为0.2 mm、0.5 mm、1 mm、1.5 mm和2 mm时，HgCdTe芯片的最大应力随平衡层厚度的增加呈现先大幅度减小后小幅度增加的趋势，在厚度取1 mm时探测器芯片的最大热应力值最低。通过增加Kovar平衡层可有效改善大面阵红外探测器芯片的热应力水平。
碲镉汞 有限元分析 结构应力 可靠性 HgCdTe finite element analysis structural stress reliability
中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
近十年碲镉汞第二代红外焦平面探测器应用呈现爆发式增长, 也是第三代焦平面技术快速发展的十年。文中对近十年来碲镉汞红外焦平面探测器技术的发展进行了简单的回顾, 并结合碲镉汞红外焦平面探测器的应用, 对在碲镉汞红外焦平面探测器技术方面的研究工作和工程应用进行了总结, 最后, 对未来碲镉汞红外焦平面探测器技术的发展进行了展望。
红外焦平面 碲镉汞 分子束外延 液相外延 读出电路 IRFPA HgCdTe MBE LPE ROIC 红外与激光工程
2020, 49(1): 0103010
1 中国科学院上海技术物理研究所,上海 200083
2 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室,上海 200083
3 中国科学院大学,北京 100049
高性能碲镉汞红外探测器需要生长高质量的外延层。由于与碲镉汞具有完美的晶格匹配,体碲锌镉被认为是理想衬底。晶体材料在亚晶界缺失、位错密度、均匀锌分布和低微缺陷密度等方面实现非常高的性能,对于获得优异的图像质量至关重要。法国Sofradir公司利用自己生长的碲锌镉晶体作为衬底,以控制碲镉汞外延层的质量,从而实现高性能成像。实际上,通过掌握从原材料到焦平面阵列的整个制造链以及所有前端和后端步骤,可以改进整个制作流程。介绍了如何将最新的工艺改进转化为探测器图像质量和可靠性的提高,其重点是前端工艺（衬底和外延层）。首次展示了衬底微缺陷与焦平面阵列（Focal Plane Array, FPA）图像质量之间的相关性。这得益于Sofradir公司和法国CEA-LETI研究中心之间的通力合作。对每个工艺步骤进行了大量表征(例如用于衬底检查的红外显微镜观察、位错的化学显示以及外延层的X射线双晶摇摆曲线衍射),由此完成了这种工艺的整体优化。在有效像元率和过噪声方面对图像质量进行了检测。最后,除了改进流程之外,了解每个关键步骤如何影响后续步骤并转化为最终图像质量,实现在正确的流程步骤中对单元进行划分,从而保证产量及产品质量。在中波红外和短波红外技术上,Sofradir垂直整合模型的这些优点得到了体现。
微观缺陷 位错 焦平面阵列 有效像元率 可靠性 图像质量 microscopic defects dislocations FPA operability reliability image quality
1 安徽大学 物理与材料科学学院, 安徽 合肥 230601
2 中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室, 上海 200083
研究了光伏型HgCdTe中波探测器的暗电流与烘烤时间的关系特性.编写了一种适用于n-on-p型的中波HgCdTe红外探测器的解析拟合程序.结合暗电流的主导机制有扩散机制、产生复合机制、带间直接隧穿机制和陷阱辅助隧穿机制.通过对样品不同烘烤时间的R-V曲线的解析拟合, 得到了它们的暗电流成分, 提取了6个特征参数.通过对比不同烘烤时间特征参数的变化, 分析了烘烤对器件的影响.
光伏探测器 暗电流 非线性同时拟合模型 烘烤 HgCdTe HgCdTe photodiode dark current simultaneous-mode nonlinear fitting program annealing
1 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
2 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
3 中国科学院大学，北京 100039
4 中国科学院红外物理国家重点实验室，上海200083
为满足硫化锌(ZnS)薄膜在光学薄膜领域进一步应用的要求，基于原子层沉积(Atomic Layer Deposition, ALD)技术在130℃温度下以二乙基锌(DEZ)和硫化氢(H2S)为反应源，在砷化镓(GaAs)衬底表面沉积了ZnS薄膜。用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)分析了样品的表面形貌和膜界面特性，用X射线衍射仪(X-ray Diffraction, XRD)分析了薄膜的结构特性，并通过X射线光电子能谱(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)分析了薄膜的化学成分。研究了厚度对薄膜结构和形貌的影响。结果表明，得到的ZnS薄膜为多晶结构，薄膜的厚度随循环数线性增加，速率为1.45 ?/cycle。对在75℃温度下烘烤48 h后的薄膜进行了XPS分析，得出的Zn/S比为1.07:1，表明烘烤除去了薄膜中残存的H2S。以较短生长时间得到的较薄的薄膜具有更好的表面平整度和更致密的结构。
原子层沉积 硫化锌 薄膜 atomic layer depositon ZnS thin film
1 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
提出一种用于台面探测器的新型电极结构.该结构通过在台面底部两次制备电极而获得接力电极.同传统的引出电极结构相比,这种接力电极结构不仅简化了从台面底部引出电极的工艺,而且能够增加台面顶部空间从而更有利于其它工艺的进行以及工艺集成.在200 W超声处理5分钟后,接力电极的高度和形貌都未发生变化.从倒焊互连的剖面SEM照片可以看出台面底部的接力电极是个整体,并且该接力电极结构完全可以应用在台面探测器中.
台面 电极 红外探测器 mesa array electrode infrared detector
