1 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
2 中国科学院大学，北京 100049
电阻阵作为一种动态红外景象产生器件，在红外半实物仿真领域有着重要的应用。电阻阵可实现的规模与性能与红外微辐射像素列阵的设计有着密切的关系。文中从应用系统对大规模电阻阵器件的要求出发，结合电阻阵的工作原理，提出了像素驱动电路与MEMS结构一体化的设计方案，设计了规模可拓展的高占空比像素结构。通过采用高消光系数材料以及光学谐振腔结构，微辐射元的中波红外和长波红外的表面发射率达0.7。热力学仿真表明，通过合理的薄膜厚度和结构设计，微辐射元阵列的占空比达到51%，升、降温的热响应时间均小于5 ms，0.6 mW功率驱动下应力翘曲小于300 nm，长波红外表观温度可达582 K，中波红外表观温度可达658 K。结合设计方案提出了工艺制备方案，并通过小阵列流片初步验证了设计方案的可行性。该设计研究为国产大规模、高占空比电阻阵的研制指明了方向。
电阻阵 红外仿真 微辐射元 红外表观温度 占空比 resistor array infrared simulation micro emitter infrared apparent temperature fill factor 红外与激光工程
2023, 52(10): 20230028
1 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
2 上海科技大学 信息科学与技术学院, 上海 201210
3 中国科学院大学, 北京 100049
设计了一款基于时间域读出的大动态范围CMOS图像传感器。传感器基于一种新型的结构, 其可在时间域下探测高输入光强, 在模拟域下探测低输入光强。该设计在传统电容反馈式跨阻放大器(CTIA)的基础上, 新增了时间域测量电路, 在不改变原有积分过程的同时可实现连续的大动态范围。基于0.35μm, 5V-CMOS工艺进行了256×1线列CMOS图像传感器流片, 光电二极管面积为22.5μm×22.5μm, 并对器件的光电特性进行了后仿真验证。仿真测试结果表明, 基于时间域读出的图像传感器可实现96dB的大动态范围, 且时间域和模拟域的两路输出信号可同步输出, 功耗为7.98mW。
CMOS图像传感器 时间域 CTIA像素 动态范围 CMOS image sensor time domain CTIA dynamic range
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 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
3 上海科技大学，上海 201210
InGaAs近红外探测器广泛应用于航天航空、**与民生领域。为了实现InGaAs探测器智能化，结合人脸检测应用，提出了可部署于低功耗移动智能设备的超轻量InGaAs近红外人脸检测算法。主要针对近红外人脸样本较少与低功耗设备部署问题展开研究，采用迁移学习与二值量化方案训练网络。算法首先通过大规模可见光人脸数据集实现了基于SSD的预训练人脸检测网络。然后使用二值量化方案大幅压缩网络参数空间大小与计算量，但同时造成网络准确度下降。为进一步提升网络二值量化效果，为二值量化过程引入了特征均值信息，并以对抗卷积形式弥补了准确度损失。最后，算法通过小规模近红外人脸数据对预训练二值网络进行微调，实现最终网络。所实现的二值量化人脸检测网络在采集的近红外人脸验证集中可以获得71.18%平均准确度。
二值化 近红外人脸检测 SSD 网络压缩 InGaAs探测器 binarization NIR face detection SSD model compression InGaAs detector 红外与激光工程
2022, 51(10): 20220078
1 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
3 上海科技大学 信息科学与技术学院，上海 201210
4 南通智能感知研究院，江苏 南通 226000
提出了一种基于0.35 μm高压CMOS工艺的线性雪崩光电二极管（Avalanche Photodiode，APD）。APD采用了横向分布的吸收区-电荷区-倍增区分离（Separate Absorption，Charge and Multiplication，SACM）的结构设计。横向SACM结构采用了高压CMOS工艺层中的DNTUB层、DPTUB层、Pi层和SPTUB层，并不需要任何工艺修改，这极大的提高了APD单片集成设计和制造的自由度。测试结果表明，横向SACM线性APD的击穿电压约为114.7 V。在增益M = 10和M = 50时，暗电流分别约为15 nA和66 nA。有效响应波长范围为450 ~ 1050 nm。当反向偏置电压为20 V，即M = 1时，峰值响应波长约为775 nm。当单位增益（M = 1）时，在532 nm处的响应度约为最大值的一半。
雪崩光电二极管 横向SACM 高压CMOS工艺 击穿电压 avalanche photodiode lateral SACM high voltage CMOS breakdown voltage
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
设计了一种基于电容反馈跨阻放大器(CTIA)的长线列CMOS图像传感器。为减小器件功耗和面积, 采用基于单端四管共源共栅运算放大器。为提高信号读出速率, 采用没有体效应的PMOS源跟随器, 同时减小PMOS管的宽长比, 有效减小了输出总线寄生电容的影响。在版图设计上, 采用顶层金属走线, 降低寄生电阻和电容, 提高了长线列CMOS图像传感器的读出速率和输出线性范围。采用0.35μm 3.3V标准CMOS工艺对传感器进行流片, 得到器件像元阵列为5×1030, 像元尺寸为20μm×20μm。测试结果表明: 该传感器在积分时间为1ms、读出速率为4MHz的情况下工作稳定, 其线性度达到98%, 线性动态范围为76dB。
CMOS图像传感器 电容反馈跨阻放大器 体效应 读出速率 寄生电容 CMOS image sensor CTIA body effect readout ratio parasitic capacitance
1 廊坊市第四人民医院药剂科, 河北 廊坊 065700
2 廊坊市第四人民医院皮肤科, 河北 廊坊 065700
目的：评估氨甲环酸巴布剂联合大光斑低能量Q开关Nd:YAG激光治疗黄褐斑的疗效及安全性。 方法：选取面部黄褐斑患者180例, 根据不同治疗方法将纳入患者分为A组和B组, 各90例。A组给予大光斑低能量Q开关Nd:YAG激光治疗, B组给予氨甲环酸巴布剂联合大光斑低能量Q开关Nd:YAG激光治疗。观察比较2组治疗后黄褐斑总积分下降指数、总有效率、皮肤病生活质量指数(DLQI)、黄褐斑生活质量评分(MELASQOL)及不良反应。对2组患者进行6个月随访, 观察比较2组患者复发情况。结果： ①2组患者治疗前黄褐斑总积分无统计学差异(P＞0.05), 治疗后均有明显下降(P＜0.05), 但2组治疗后黄褐斑总积分和下降指数比较, 差异均有统计学意义(P＜0.05)。②A组治疗总有效率为61%(55/90), B组治疗总有效率为80%(72/90), B组治疗总有效率明显高于A组(P＜0.05)。③2组治疗前DLQI及MELASQOL评分无统计学差异(P＞0.05), 2组治疗后DLQI及MELASQOL评分均明显降低(P＜0.05), 但B组改善程度大于A组(P＜0.05)。④所有患者在治疗过程中均未出现严重不良反应。两组不良反应发生率无统计学差异(P＞0.05)。6个月随访期间B组复发率(5.6%)低于A组(11.1%), 差异比较有统计学意义(P＜0.05)。结论：氨甲环酸巴布剂联合大光斑低能量Q开关Nd:YAG激光治疗黄褐斑的疗效显著, 患者满意度高,复发率低, 不良反应轻, 值得临床推广应用。
氨甲环酸巴布剂 大光斑低能量Q开关Nd:YAG激光 黄褐斑 联合治疗 tranexamic acid cataplasm large spot low energy q switch nd :yag laser melasma combination therapy
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
3 上海科技大学 信息科学与技术学院，上海 201210
传统的CMOS图像传感器一般采用基于LV-CMOS工艺的N阱/P型衬底制备的PN光电二极管或者PPD二极管作为光敏元。PIN光敏元具有结电容小、量子效率高的特点。采用HV-CMOS(高压CMOS)工艺可以实现CMOS电路与PIN光敏元的单片集成。本文研究了集成PIN光敏元的CMOS探测器的光电响应特性以及NEP随像素大小和复位电压的变化关系。研究表明，将光敏元从PN光电二极管改为PIN光电二极管后，像素电荷增益可以提高一个数量级左右; 同时，像素的瞬态电荷增益要大于传统认为的1/Cpd，并与二极管的大小以及复位电压紧密相关。研究发现，小像素因其更高的电荷增益和更低的等效噪声，更加适合弱信号下的短积分时间快速探测。若配合微透镜的使用，小像素在微光探测方面可以获得更大的优势。
CMOS图像传感器 PIN光电二极管 3T像素结构 CMOS image sensor HV-CMOS HV-CMOS PIN photodiodes 3T pixel structure
1 廊坊市第四人民医院超声科, 河北 廊坊 065700
2 廊坊市第四人民医院皮肤科, 河北 廊坊 065700
目的: 探讨超声导入碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)对CO2点阵激光治疗痤疮瘢痕疗效及不良反应的影响。方法: 回顾分析2016年1月至 2019年2月79例痤疮瘢痕患者的临床资料, 根据治疗方法的不同分为对照组(n＝43, CO2点阵激光治疗)和研究组(n＝36, CO2点阵激光治疗＋超声导入bFGF治疗)。比较两组临床疗效, 记录两组创口愈合时间、红斑持续时间、误工期、不良反应发生率以及患者舒适度和外观满意度, 观察两组治疗前后瘢痕ECCA评分及皮肤红斑指数、黑素指数、经皮水分丢失量(TEWL)和角质层含水量。结果: ①研究组治疗总有效率为91.67%(33/36), 高于对照组的79.07%(34/43), 但差异无统计学意义(P＞0.05)。②研究组创口愈合时间、红斑持续时间、误工期短于对照组, 不良反应发生率低于对照组, 差异均有统计学意义(P＜0.05)。患者舒适度和满意度均高于对照组(P＜0.05)。③两组治疗前ECCA评分及皮肤红斑指数、黑素指数、TEWL、角质层含水量无统计学差异(P＞0.05), 治疗后ECCA评分、红斑指数、黑素指数TEWL明显下降(P＜0.05), 角质层含水量明显增高(P＜0.05), 但研究组ECCA评分、黑素指数、TEWL、角质层含水量改善幅度大于对照组(P＜0.05)。结论: 超声导入bFGF有助于提高CO2点阵激光治疗痤疮瘢痕的疗效和减少不良反应。
痤疮瘢痕 CO2点阵激光 碱性成纤维细胞生长因子 超声导入技术 acne scars co2 fractional laser basic fibroblast growth factor ultrasonic delivery
1 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
2 上海师范大学, 上海 200234
3 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料和器件重点实验室, 上海 200083
4 上海理工大学 材料科学与工程学院, 上海 200093
研究了一种石墨烯/铟砷量子点/砷化镓界面形成的异质结探测器的暗电流特性以及光电响应性质.虽然石墨烯具有很高的电子迁移率, 但受限于较低的光子吸收率, 使其在光电探测领域的应用受到了限制.而半导体量子点具有量子效率高, 光吸收能力强等独特优点.于是利用石墨烯-砷化铟量子点-砷化镓异质结结构制备了一种新型光电探测器.并对该探测器的响应率、I-V特性曲线、暗电流特性、探测率、开关比等关键性能进行了研究.其在637 nm入射光情况下的响应率、探测率以及开关比可分别达到为17.0 mA/W、2.3×1010 cmHz1/2 W-1和1×103.而当入射光为近红外波段的940纳米时, 响应率进一步增加到了207 mA/W.同时, 还证实了该器件的暗电流、肖特基势垒高度和理想因子对温度的都具有较高的依赖性都较强.
石墨烯 砷化镓 量子点 异质结构 肖特基结 Graphene GaAs quantum dots (QDs) heterostructure Schottky junction
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
3 上海科技大学 信息科学与技术学院， 上海 201210
PIN光电二极管相对于pn结型光电二极管具有结电容小、量子效率高等优点，但采用标准低压CMOS（LV-CMOS）工艺研制的CMOS传感器只能实现基于n阱/p衬底的pn结光敏元与片上电路的集成，高压CMOS（HV-CMOS）工艺的发展为CMOS电路与PIN光敏元列阵的单片集成提供了可能。基于HV-CMOS工艺设计了一种集成PIN光敏元列阵的CMOS传感器，并对器件的光电响应进行了测试评估。结果表明，集成PIN光敏元的CMOS传感器具有更高的像素增益和量子效率，而暗电流、输出摆幅、线性度等特性保持良好。在500~900nm宽波段范围内，器件的量子效率均达到80%以上，在950nm附近的量子效率达到25%，优于采用其他工艺制作的CMOS传感器。
CMOS图像传感器 PIN光电二极管 3T像素结构 量子效率 CMOS image sensor HV-CMOS HV-CMOS PIN photodiodes 3T pixel structure quantum efficiency
