对像元尺寸为10 μm的1280×1024碲镉汞（HgCdTe）中波红外焦平面阵列的制备技术和性能进行了研究。通过B+注入制备小尺寸n-on-p平面结；采用高平整度HgCdTe外延材料和高精度的倒焊互连技术，实现高的电学连通率；采用多段温度填胶固化和边缘刻蚀工艺减轻HgCdTe器件和读出集成电路（ROICs）之间的热失配，从而降低焦平面器件失效率。在85 K焦平面工作温度下，研制探测器的光谱响应范围为3.67 μm至4.88 μm，有效像元率高达99.95%，并且探测器组件像元的平均噪声等效温差（NETD）和暗电流密度的平均值分别小于16 mK和2.1×10-8A/cm2。与像元尺寸为15 μm的探测器相比，10 μm的1280×1024中波红外探测器可获取更加精细的图像，具有更远的识别距离。目前，该技术已成功转移到浙江珏芯微电子有限公司（ZJM）的HgCdTe红外探测器产线。
红外探测器 碲镉汞 1K×1K 红外焦平面阵列 n-on-p infrared detector HgCdTe 1K×1K FPA n-on-p
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
第三代红外探测器发展的一个重要方向是高工作温度探测器。对于碲镉汞n-on-p探测器而言，n+-n--p结构以及良好的钝化工艺能够有效的抑制暗电流的产生，从而在高工作温度条件下获得较好的探测器性能。基于自行开发的成结模拟器，对n+-n--p结构的高温器件进行了工艺仿真和器件仿真，获得成结过程的制备参数，并结合抑制表面漏电的组分梯度钝化工艺，将高工作温度下的暗电流抑制至理论极限，研制出可以在更高温度工作下的碲镉汞n-on-p红外焦平面探测器。经测试，中波n-on-p红外焦平面器件在不同工作温度下性能优异，在80K工作温度下噪声等效温差（NETD）达到了6.1 mK，有效像元率为99.96%；而在150K工作温度下噪声等效温差（NETD）为11.0 mK，有效像元率为99.50%，达到了同类器件的理论极限。
碲镉汞 n+-n--p 高工作温度 红外焦平面 HgCdTe n+-n--p high operation temperature（HOT） infrared focal plane array
长波碲镉汞材料受结构、组分等因素影响。在制备器件过程中，刻蚀电极接触孔易发生材料损伤，影响芯片的成像性能。利用现有电感耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma, ICP)设备刻蚀长波碲镉汞芯片电极接触孔,采用分步刻蚀以避免损伤。该方法虽可提高芯片的成像质量，但效率低，难以应用于大规模生产。为了提高刻蚀效率和实现器件大规模制备，通过对ICP刻蚀机上下电极射频功率的协同优化，开发出长波碲镉汞芯片电极接触孔一次成型工艺。经中测验证，探测器(长波320×256，像元中心间距为30 m)的盲元率仅为026%。该工艺能够实现低损伤电极孔刻蚀，可推广到大批量长波红外芯片制备。
长波 碲镉汞 损伤 刻蚀技术 long-wave HgCdTe damage etching technique
液相外延碲镉汞材料的贯穿型缺陷会在后续器件制备中导致多个盲元的形成。采用共聚焦显微镜对该类缺陷的深度进行了表征，并对缺陷底部的成分进行了测试。使用聚焦离子束（Focused Ion Beam，FIB）将缺陷挖开后对其进行观察。对于贯穿型缺陷较多的碲锌镉衬底外延生长碲镉汞薄膜，统计后发现碲镉汞表面的贯穿型缺陷与衬底缺陷存在一定的对应关系，因此推测液相外延贯穿型缺陷起源于碲锌镉衬底缺陷。
液相外延 碲镉汞 碲锌镉 缺陷 LPE HgCdTe CdZnTe defect
中国电子科技集团公司第十一研究所，北京100015
光刻是制备碲镉汞红外探测器芯片过程中非常关键的工艺。目前绝大部分碲镉汞芯片制备都是使用接触式光刻技术，但是在曝光面型起伏较大的芯片时工艺均匀性较差，并且掩膜在与芯片接触时容易损伤芯片。针对接触式光刻的这些缺点，利用尼康公司生产的缩小步进投影光刻机开发了用于碲镉汞芯片的步进式投影曝光工艺。对设备的硬件和软件均进行了小幅修改和设置，使其适用于碲镉汞芯片。经过调试后，缩小步进投影光刻机在某些面型起伏较大的芯片上取得了更好的曝光效果，光刻图形的一致性得到了提升。实验结果表明，缩小步进投影光刻技术能够提高碲镉汞芯片的光刻质量，并在一定程度上改善了芯片制备工艺。
碲镉汞 红外探测器 缩小步进投影光刻 HgCdTe infrared detector reduced-stepper projection lithography
1 1.福建工程学院 电子电气与物理学院, 福州 350108
2 2.中国科学院 福建物质结构研究所, 光电材料化学与物理重点实验室, 福州 350002
作为实现全固态激光器频率转换功能的关键材料, 紫外非线性光学晶体发挥着不可替代的作用。设计兼具大的非线性光学系数、合适的双折射和宽带隙的紫外非线性光学晶体仍然是该领域亟待攻克的一个难题。由于具有宽的带隙, 硫酸盐已成为紫外非线性光学晶体领域的一个重要研究方向。SO4四面体基团具有接近非极性的Td对称性, 使其极化率各向异性和二阶极化率较小, 因而对晶体的非线性系数和双折射贡献很小。通常引入畸变程度高的阳离子多面体可以增加晶体的非线性效应和双折射。本工作将易于形成畸变多面体的Hg2+离子引入到硫酸盐体系中, 采用高温熔体法合成出新型非线性光学晶体材料Rb3Hg2(SO4)3Cl。该晶体属于单斜晶系, 空间群为P21, 晶胞参数为a=0.78653(2) nm, b=0.97901(2) nm, c=1.00104(3) nm, β=110.95(3), Z=2。其晶体结构由[SO4]四面体、[HgO5]和[HgO4Cl]多面体以角共享的方式连接形成空间网状结构, 而Rb+填充在孔洞中。Rb3Hg2(SO4)3Cl晶体的粉末倍频效应为1.5倍KDP, 且能够在可见光区实现相位匹配。紫外漫反射光谱测试表明, 紫外截止边为251 nm, 对应光学带隙为4.94 eV。利用偏光显微镜确定该晶体在546.1 nm处的双折射为0.04。此外, 第一性原理计算表明, 晶体的非线性系数主要来源于扭曲的[HgO5]、[HgO4Cl]和[SO4]多面体。上述结果表明, Rb3Hg2(SO4)3Cl是具有潜在应用前景的紫外非线性光学晶体材料。
紫外 汞基硫酸盐 非线性光学晶体 晶体结构 ultraviolet Hg-based sulfate nonlinear optical crystal crystal structure
提高红外探测器的工作温度对于减小红外系统的尺寸、重量和功耗至关重要，进而实现结构紧凑和成本低廉的红外系统。昆明物理研究所多年来对掺铟和砷离子注入技术的HgCdTe p-on-n技术进行了优化，实现了性能优异的中波红外探测器的研制。本文报道了高工作温度中波1024×768@10 μm红外焦平面阵列探测器的最新结果，并介绍了在150 K工作温度下的器件性能。结果标明，器件在150 K下截止波长为4.97 μm，并测得了不同工作温度下的NETD、暗电流和有效像元率。此外，还展示了在150 K的工作温度下焦平面器件的红外图像，并呈现了99.4%的有效像元率。
碲镉汞 高工作温度 中波红外 噪声等效温差 暗电流 HgCdTe HOT MWIR NETD dark current
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 上海科技大学 信息科学与技术学院,上海 201210
As在HgCdTe材料中具有较小的扩散系数，可以形成较为稳定的结构，广泛应用于HgCdTe的p型掺杂。在p-on-n型碲镉汞红外探测器的制备中As掺杂是重要的制备方法。针对在制备过程中存在无法精确测量As激活率的问题，提出采用低温弱p型退火辅助差分霍尔测试的方法，获得了载流子浓度分布，从而通过与SIMS测试结果对比得到长、中波液相外延HgCdTe样品中As的激活率，并分析了退火等工艺对As掺杂后激活率的影响。
液相外延 碲镉汞 As离子注入 激活率 弱p型退火 LPE Hg1-xCdxTe As ion implantation activation rate weak p-type annealing
1 中国矿业大学力学与土木工程学院，徐州 221116
2 江苏建筑职业技术学院江苏建筑节能与建筑技术协同创新中心,徐州 221116
3 中国矿业大学江苏省工程环境影响与结构安全重点实验室，徐州 221116
为探究复合石灰石粉-粉煤灰-矿渣混凝土的抗冻融性能，对三种胶凝材料体系的混凝土，在四种不同水胶比下，进行快速冻融试验与压汞试验。从外观损伤、质量损失、相对动弹性模量及孔隙结构等方面研究其抗冻融性能退化规律。结果表明：在相同条件下，适当降低水胶比可以提高混凝土的抗冻融性能；与普通混凝土相比，由石灰石粉、矿渣和粉煤灰等矿物掺合料与水泥组成的复合胶凝材料体系，提高了混凝土抗冻融性能；因矿渣活性高于粉煤灰，“20%(质量分数,下同)石灰石粉+15%粉煤灰+15%矿渣”混凝土抗冻融性能弱于“20%石灰石粉+30%矿渣”混凝土；矿物掺合料能细化混凝土孔径，提升抗冻融性能。通过理论分析与试验数据回归，建立了不同胶凝材料体系下复合石灰石粉-粉煤灰-矿渣混凝土冻融损伤模型。
复合石灰石粉-粉煤灰-矿渣混凝土 抗冻融性能 压汞试验 外观损伤 质量损失 相对动弹性模量 冻融损伤模型 composite limestone powder-fly ash-slag concrete freeze-thaw resistance mercury compression test exterior damage mass loss relative dynamic elastic modulus freeze-thaw damage model
红外与激光工程
2023, 52(9): 20220890
