设计了一款320×256元抗辐射日盲紫外焦平面阵列探测器, 重点针对探测器的读出电路版图、积分开关偏置点、探测器芯片外延结构及器件工艺开展了抗辐射加固设计。对加固样品开展了γ总剂量和中子辐照试验和测试, 试验结果表明样品的抗电离辐照总剂量达到150krad(Si), 抗中子辐照注量达到1×1013n/cm2(等效1MeV中子), 验证了抗辐射加固措施的有效性。

高速InGaAs光电探测器在天基平台中的应用正逐渐广泛, 研究空间辐射环境对高速InGaAs光电探测器性能的影响有着重要意义。采用实时测试法, 研究了不同剂量及不同剂量率的γ辐照对高速InGaAs光电探测器响应度、3dB带宽及暗电流特性的影响, 通过器件性能实时测试分析发现, 器件的暗电流随辐照剂量或剂量率的增加而增大, 而响应度、3dB带宽基本不变。

结合外延材料工艺、芯片工艺及互连集成工艺具体情况, 分析了AlGaN外延材料、探测器阵列芯片及倒焊芯片的均匀性特点, 讨论了影响外延材料Al组分分布均匀性、芯片电阻和电容分布均匀性的各种因素。在此基础上, 提出了改进器件均匀性的技术途径。利用MOCVD外延材料生长技术, 生长了背照式AlGaN-pin异质结构外延材料, 并利用所生长的外延材料制作了320×256元AlGaN日盲紫外焦平面阵列器件。测试所制作的器件, 结果显示, 其光谱响应范围为255~280nm, 位于日盲波段, 0V偏置时272nm峰值波长响应度大于0.16A/W(外量子效率大于72.9%), 有效像元数大于99.2%, 响应非均匀性小于3.36%。

太赫兹波成像技术在人体安检、医学成像、无损检测等领域具有广泛的应用前景。文中面向高速、高灵敏度和便携式太赫兹成像应用需求, 设计实现了一种基于AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管自混频检测机制的太赫兹焦平面成像传感器。该焦平面成像传感器由探测器阵列芯片和CMOS读出电路通过倒装互连实现, 阵列规模达到32×32。探测器阵列中具有对管差分功能的像元设计通过提高探测器的电压响应度和抑制共模电压噪声, 提高了焦平面成像的灵敏度。焦平面成像传感器的输出模拟信号通过片外的模数转换(ADC)芯片转化为数字信号, 由现场可编程门阵列(FPGA)采集后通过Camera Link图像数据与通信接口发送到计算机。利用该焦平面成像传感器, 演示实现了太赫兹光斑、太赫兹干涉环和太赫兹光照下的旋转塑料叶片的视频成像, 帧频达到30 Hz。

对基于斜台面工艺的背照式pin型GaN紫外雪崩探测器制备进行了简要介绍。通过斜台面制作工艺的对比优化研究，完成了GaN紫外雪崩探测器的低损伤斜台面制作，器件测试结果表明，高质量斜台面能够有效抑制雪崩探测器的表面提前击穿，器件暗电流特性优良，获得了超高雪崩增益的GaN紫外雪崩探测器。

利用现有外延材料生长技术和器件工艺技术, 生长了背照式AlxGa1-xNpin外延材料, 并用生长的材料制作了日盲紫外探测器, 测试结果表明器件在0V偏压下抑制比达到了6400。在此基础上, 较详细地分析了偏置电压、p-AlxGa1-xN载流子浓度和Al组分、极化效应对背照式AlxGa1-xNpin日盲紫外探测器抑制比的影响及非日盲光生载流子的限制机制。分析表明, 提高p-AlxGa1-xN载流子浓度和GaN/AlxGa1-xN异质结极化强度是现有技术条件下提高器件抑制比的有效途径。

对日盲 AlGaN光电探测器的光谱响应特性进行了仿真模拟，并将仿真结果与实测数据进行了比较分析，发现差异来自 AlGaN材料的带尾效应。利用无 p型层的材料透过率数据提取了器件吸收层截止波长附近的光吸收系数，并使用带尾吸收模型对测得的光吸收系数进行拟合，得到了 AlGaN材料吸收带尾特征参数αg、EUrbach分别为 2.2×104 cm－1、0.027 eV，补充和修正了 AlGaN材料带内外光吸收模型，经验证使用该模型的仿真结果与实测结果具有很好的一致性。