1 上海理工大学 理学院,上海 200093
2 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
在测试中波碲镉汞光伏器件的瞬态响应时，当激光光斑照射器件表面位置距离光敏面较远时，器件表现为特殊的双峰脉冲响应现象，分析表明出现这种异常双脉冲现象的原因是光敏区内的少子漂移和光敏区外侧向收集的少子扩散有时间上的差异。通过对器件施加反向偏压，脉冲响应随反向偏压的增大由双峰变成单峰的实验结果，验证了少子侧向收集是导致器件形成双峰的主要原因。对第二个峰拟合得到p区的少数载流子寿命。将瞬态响应获得的少子寿命与该p型中波碲镉汞材料的理论计算和光电导衰退法得到的少子寿命相对比，发现三种方式得到的少子寿命随温度的变化趋势基本一致，这说明了可以通过瞬态光响应得到中波碲镉汞器件的少子寿命。
瞬态响应 少子寿命 少子侧向收集 光电导衰退 HgCdTe HgCdTe transient response minority carrier lifetime minority carrier lateral collection photoconductive decay
1 中国科学院上海技术物理研究所 1. 传感技术国家重点实验室
2 2. 红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
3 中国科学院上海技术物理研究所 2. 红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
通过湿法腐蚀工艺成功制备了具有绝热结构的锰钴镍氧(MCNO)热敏电阻探测器。测试表明,绝热结构使得热敏探测器的热导大幅降低,在真空环境下仅为没有绝热结构器件的1/20,典型热导率值为1.37mW/K。通过V-I测试并结合理论曲线拟合发现,MCNO薄膜材料的热导率随温度增高而减小。绝热结构使得MCNO热敏探测器的响应率大幅提高,在30Hz调制频率、36V偏置电压下,响应率典型值为50.5V/W,是没有绝热结构器件的10倍。实验验证了在MCNO薄膜材料上制作绝热结构热敏探测器的可能性,为制作新型室温全波段高性能红外探测器奠定了基础。
锰钴镍氧薄膜 绝热结构 热导 响应率 MCNO film thermal isolation structure thermal conductance responsivity
1 华中科技大学 武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
多量子阱红外探测器是一种新型的利用子带跃迁机制的探测器件，具有非常高的设计自由度。GaN/Al(Ga)N量子阱由于大的导带带阶，超快的电子驰豫时间，超宽的红外透明区域以及高的声子能量，使得其成为继GaAs量子阱红外探测器之后又一潜在的探测材料结构。文中详细综述了国内外关于GaN基量子阱红外子带吸收及其探测器件的研究进展。首先介绍了量子阱红外探测器的工作原理及其选择定则，接着从极性GaN基多量子阱、非极性或半极性GaN基多量子阱以及纳米线结构GaN基多量子阱三个方面回顾当前GaN基多量子阱红外吸收的一些重要研究进展，包括了从近红外到远红外甚至太赫兹波段范围的各种突破。最后回顾了GaN基多量子阱红外探测器件的研究进展，包括其光电响应特性和高频响应特性，并对其未来的发展进行总结和展望。
GaN 量子阱 红外探测器 子带跃迁吸收 GaN quantum well infrared photodetector intersubband transition absorption 红外与激光工程
2021, 50(1): 20211020
1 中国科学院上海技术物理研究所传感技术国家重点实验室, 上海 200083
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
3 上海科技大学信息科学与技术学院, 上海 201210
4 中国科学院大学, 北京 100049
为了研究多层结构高铝组分AlGaN薄膜材料的光学性能,并计算得到相关光学参数,本文基于多层膜传输矩阵方法,对两个样品的透射光谱进行了拟合。根据AlGaN材料对不同波长入射光的吸收机制,并考虑了材料在带外的弱吸收,建立了全波段(200~800 nm)范围内的吸收系数模型,同时引入表面粗糙度均方根参数来表征材料表面粗糙度对透射谱的影响。采用所建模型对结构参数不同的两个Al0.65Ga0.35N样品的透射谱进行拟合,拟合结果与实验结果的一致性较好。本文得到的全波段范围内Al0.65Ga0.35N材料的吸收系数,为研究日盲紫外探测器的响应光谱提供了可靠的实验数据。同时,本文还得到了Al0.65Ga0.35N的膜层厚度、折射率、表面粗糙度等参数。
中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
利用GaAs/AlGaAs量子阱结构, 研制了像元规模为640×512、中心响应波长在10.55 μm附近的红外焦平面阵列器件, 与50 K集成式制冷机耦合后, 测试了相关性能, 其等效噪声温差达到22.5 mK。焦平面组件通过了初步的开关机试验以及热真空试验后, 表现良好。考虑封装冷屏导致在面源黑体测试时产生的焦面照度不均匀问题进行了数值计算, 并分析了与近似解析计算的误差, 表明当F数变小时应当采用数值计算, 并认为探测器测试的非均匀性主要由照度不均匀贡献。针对10.55 μm量子阱探测器, 利用开源的MEEP FDTD软件, 进行了近场耦合的光场分布计算, 计算结果表明目前的结构参数在光衍射方面是比较接近优化的。
量子阱红外焦平面探测器 长波红外 光耦合优化 QWIP FPA long wavelength infrared optical couple optimization 红外与激光工程
2020, 49(1): 0103008
1 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术国家重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 上海科技大学, 上海 201210
针对工作在盖革模式下的硅基雪崩光电二极管(APD)进行了接收电路的设计, 通过主动淬灭加快恢复的方式, 对APD偏压进行调控, 利用单稳态触发器使淬灭信号和恢复信号独立控制APD阳极的电压, 从而同时控制淬灭时间和恢复时间, 将死时间缩短至100.5ns, 计数频率提升到10MHz, 有效减少了后脉冲效应。采用脉冲甄别技术和单片机, 对脉冲信号进行计数, 通过对可见盲光子计数和暗计数的甄别, 实现对微弱紫外信号的检测, 为盖革模式下APD紫外通信奠定了基础。
雪崩光电二极管 盖革模式 主动抑制 快恢复 计数 APD Geiger mode active quenching fast recovery counting
1 南通大学江苏省专用集成电路重点实验室，江苏南通 226019
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
设计了一种应用于 HgCdTe柔性中波红外探测器的微弱信号放大电路，该电路由电桥电路、调零电路及滤波电路组成。采用平衡电桥与仪表运算放大器 INA333相结合的方式搭建电桥电路；并针对探测器直流分量过大问题，设计了可调零、带增益的信号处理电路；最后通过由二阶有源滤波器组成的滤波电路将高频噪声滤除。利用运算放大器的 En-In噪声模型，对放大电路进行了噪声分析，并测试了探测器在弯曲状态下的响应性能。实验结果表明，所设计的放大电路增益为 86 dB，噪声均方根值低于 6.1 mV；柔性探测器的曲率半径为 3 mm；当探测器光敏面上的光谱辐照功率为 6.75×10-7 W时，产生的光电信号约 102 .V。
柔性红外探测器 微弱信号放大 噪声分析 弯曲测试 flexible infrared detector，weak signal amplificat
1 中国科学院上海技术物理研究所传感技术国家重点实验室，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
3 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
紫外光通信作为新型通信方式，在短距离通信领域具有潜在的应用前景。紫外光通信的探测电路可分为线性模式和盖革模式，盖革模式探测电路在系统带宽和探测灵敏度等方面具有显著优点。本文研究了基于盖革模式雪崩光电二极管（ Avalanche Photodiode，APD）的单光子探测电路，实现对微弱紫外光信号的探测。采用主动淬灭快恢复电路，通过淬灭信号和恢复信号控制 APD阳极电位，从而减小死时间，提高系统的计数上限。实验发现，对于主动淬灭电路而言，当死时间过小时，淬灭时间和恢复时间除了受到淬灭信号和恢复信号控制外，还会受到电路中电容充放电时间的影响。本文从理论和实验两方面研究了电路中电容和电阻对死时间的影响，为进一步缩短死时间提供了理论指导。
主动淬灭 盖革模式 光子探测 死时间 APD APD active quenching geiger mode dead time
1 中国科学院上海技术物理研究所传感技术国家重点实验室, 上海 200083
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
描述了基于AlGaN日盲紫外焦平面成像系统的硬件和软件设计,实现了对320×256阵列的AlGaN日盲紫外焦平面探测器输出信号的采集、图像处理和成像显示,针对紫外焦平面阵列(UVFPA)器件响应不均匀性,以及容易产生条纹状固定图形背景的问题,以FPGA为硬件平台,研究了紫外图像的非均匀性校正算法,实现了紫外图像的实时非均匀性校正。经实时的紫外图像处理实验对比与分析表明,该算法有效地提高了图像质量,非均匀性从9.609%降到了4.642%。从实时的紫外图像处理结果来看,成像处理系统完成了图像采集、处理,以及成像显示,并取得了良好的成像效果。
图像处理 日盲 紫外探测器 成像系统 铝镓氮 image processing solar-blind ultraviolet detector imaging system AlGaN
1 中国科学院上海技术物理研究所传感技术国家重点实验室，上海 200083
2 上海科技大学信息学院，上海 201210
3 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
本文旨在研制盖革模式电路并在两种紫外光照射下测试电路性能，为紫外通信提供数据参考。研制了适用于硅雪崩光电二极管（ APD）的主动、被动两种盖革模式电路，设计并实现了输出可调至300.0 V的高稳定直流高压偏置电源，实测纹波电压小于 20.4 mV，纹波系数小于 6.8×10－5。分别在可见盲和日盲两种紫外光照下，测试了被动盖革模式 APD的死时间、暗计数和光子计数，给出了被动盖革模式工作的较佳高压偏置范围；紫外光照下，被动盖革模式 APD的电路输出脉冲的死时间为 1.0 .s。基于被动盖革模式电路测试的参数，研制了主动盖革模式电路，实验结果表明：主动盖革模式电路输出脉冲的死时间为 102.0 ns，光子计数的上限由被动盖革模式的 1.0 MHz提高到主动盖革模式的 9.8 MHz。因此主动盖革模式电路在数据传输时有更高的传输带宽，预计可满足一些图像传输或者视频通信的基本要求。
雪崩光电二极管 盖革模式 紫外 死时间 暗计数 APD Geiger mode ultraviolet dead time dark counts
