1 河南科技大学 电气工程学院，河南 洛阳 471023
2 河南科技大学 软件学院，河南 洛阳 471023
批量生产中，锑化铟红外焦平面列阵探测器(InSb IRFPAs)局部分层失效现象已成为制约其成品率提升的瓶颈。为探究InSb IRFPAs局部分层诱因，借助内聚力模型，在InSb芯片与底充胶的界面处铺满内聚力单元，优选内聚力模型参数，建立InSb IRFPAs局部失效分析二维模型。模拟结果得到了实测局部分层分布特征的证实，即：(1) 局部分层大多出现在芯片周边区域，涵盖一定宽度；(2) InSb芯片与底充胶之间的界面局部脱开后，逐渐向两侧扩展。为剖析局部分层诱因，系统分析了张开型与滑开型裂纹扩展共同作用下混合模态比取不同值时局部分层分布特征的演化规律，认为当张开型和滑开型裂纹扩展的混合比取4: 6时，模拟结果与实测结果高度吻合。至此笔者认为InSb IRFPAs局部分层源于界面法向应力与面内剪切应力的共同作用，属于典型的混合型局部分层模式，其中滑开型局部分层模式占主导。
锑化铟红外焦平面列阵探测器 内聚力模型 局部分层 混合模态比 InSb IRFPAs cohesive zone model(CZM) local delamination mixed-mode ratios 红外与激光工程
2022, 51(3): 20210133
1 昆明物理研究所，云南昆明 650223
2 总参陆航部驻成都地区军事代表室，四川成都 610036
3 中国兵器工业集团公司科技部，北京 100821
红外焦平面器件的像元由光敏区和非光敏区（亦称为死区）构成。死区对应的场景成为探测盲区，落在死区上的场景光子属于无效光子，对信号没有贡献。利用微扫描动作将死区光子转移到光敏区，可以提高红外成像系统的空间分辨率。基于有关基本概念，介绍了红外成像系统中微扫描技术的原理、实现方法和发展趋势。
微扫描 空间分辨率 焦平面列阵 红外成像系统 microscan focal plane array spatial resolution infrared imaging system
军用红外探测器需要使用工作在各种红外波段的大规格、高均匀性 多色焦平面阵列器件。满足这些要求的一个候选者就是量子阱红外(光电)探测器(Quantum Well Infrared Photodetector, QWIP)。 作为新一代红外探测器，QWIP基于极薄半导体异质结构中的载流子束缚效应。GaAs/AlGaAs/QWIP 的主要优点包括标准的III-V族衬底材料和技术、良好的热稳定性、大面积、低研发成本以及抗辐 射性。QWIP的另一个重要优点是具有带隙工程能力。可以通过调节量子阱宽度和势垒组 分设计出满足特殊要求(例如多色焦平面列阵应用)的器件结构。介绍了对QWIP探测物理 机制的理解以及近年来多色QWIP技术的发展状况。
量子阱 多色 红外探测器 焦平面列阵 quantum well multicolor infrared detector focal plane array
军用红外探测器需要使用工作在各种红外波段的大规格、高均匀性 多色焦平面阵列器件。满足这些要求的一个候选者就是量子阱红外(光电)探测器(Quantum Well Infrared Photodetector, QWIP)。 作为新一代红外探测器，QWIP基于极薄半导体异质结构中的载流子束缚效应。GaAs/AlGaAs/QWIP 的主要优点包括标准的III-V族衬底材料和技术、良好的热稳定性、大面积、低研发成本以及抗辐 射性。QWIP的另一个重要优点是具有带隙工程能力。可以通过调节量子阱宽度和势垒组 分设计出满足特殊要求(例如多色焦平面列阵应用)的器件结构。介绍了对QWIP探测物理 机制的理解以及近年来多色QWIP技术的发展状况。
量子阱 多色 红外探测器 焦平面列阵 quantum well multicolor infrared detector focal plane array
美国陆军研究实验室以前已验证过一个大规格的1024[EQUATION]1024元的波 纹量子阱红外光电探测器的焦平面列阵。该焦平面列阵的截止波长为8.6[EQUATION]m，并且用f/1.8的 光具在76K温度处达到了背景限性能。像元的几何形状为短梯形，这种形状简化了处理技术，但却 限制了量子效率。本文介绍使波纹量子阱红外光电探测器达到更高量子效率的两种方法。第一种 方法是增加波纹的尺寸以获得更多的有效体积，并且采用一种近似三角形的像元形状以获得更大 的反光面积。采取了这些改进措施之后，预计一对倾斜侧壁的量子效率约为35%，这已是以前所 获值的两倍以上。第二种方法是利用波纹腔体内部的法布里-珀罗共振来增强垂直电场的强度。 用这种方法可在某些谱区达到50%的高量子效率，而且既不必使用很厚的敏感层，也无须涂覆抗 反射涂层。第一种方法已被用以生产一系列单色焦平面列阵，其实验结果将另文介绍。本文还描 述一种电压可调探测器材料，用这种材料可使这些焦平面列阵获得多色探测的能力。
光学耦合 EM建模 量子阱红外光电探测器 焦平面列阵
本文报导在Ⅱ型应变层InAs/GaSb超晶格材料上研制长波红外焦平面列阵工作的进展。美国雷神视觉系统公司和喷气推进实验室 已研制成功截止波长为10至12-1.5mmμ m的此类器件。这种器件的像元是通过湿蚀刻以及用等离子体淀积二氧化硅来进行 表面钝化而形成的。列阵则是通过铟柱焊接与硅读出集成电路混成起来的。本文介绍对列阵的测试结果以及对分立二极管进行的电流–电压特性分析。 雷神视觉系统公司和喷气推进实验室的研究人员发现,当温度低于70K时,漏泄电流在零偏压下受控于产生–复合效应,而在反向偏压下则受控于陷阱辅 助隧穿效应。虽然其他作者已验证了Ⅱ型超晶格器件的短波红外和中波红外成像性能,但在2006年之前,还没有一个人能验证这种器件在长波红外波 段内的成像性能。雷神公司和喷气推进实验室利用像元尺寸为30 m的256 256元列阵以78K的操作温度同时 获得了静物图像和视频图像,在此温度下,这种列阵具有高操作性和10.5 m的截止波长。
焦平面列阵 长波红外 Ⅱ型超晶格 成像 电流–电压特性 InAs/GaSb
中国科学院,上海技术物理研究所,上海,200083
红外焦平面列成像技术已经进入了成熟期.本文对几种红外焦平面列阵器伯如MCT、InSb和QWIP的最新进展作一评述,简要介绍其器件发展水平、技术路线和关键工艺.简要提及一种新颖的非制冷焦平面成像技术:光学读出微光机红外接收器.
红外焦平面列阵 碲镉汞 锑化铟 量子阱红外探测器 IRFPA MCT InSb QWIP
研制了用于64×64元InSb红外焦平面的几种读出电路.ISM64×64-2型电路是采用直接注入模式,行积分工作的读出电路.ISM64×64-3型电路仍然采用直接注入读出模式,行积分工作,但是增加了一级采样保持电路.ISM64×64-4型电路采用直接注入模式,帧积分工作,因而可大大提高信噪比.描述了2、3和4型电路的结构,工作原理及版图设计特点,电路的制造工艺、测试方法及其主要性能.
InSb红外焦平面列阵 读出电路 直接注入 行积分 帧积分 InSb IR focal plane array Readout circuit Direct injection Line integration Frame integration
1 中国科学院上海技术物理所,上海,200083
2 中国空空导弹研究院,河南,洛阳,471009
研制成功了采用光伏InSb二极管列阵工艺、直接注入Si-CMOS读出电路、微型玻璃杜瓦和微型节流制冷机的64×64元InSb红外焦平面组件.焦平面组件平均探测率约1×10 11 cmHz 1/2 W -1 ,平均量子效率约72%,响应率非均匀性约18%,无效像元率约0.5%.其性能参数满足红外成像制导的技术要求,已成功进行了凝视红外成像探测系统外场试验.
焦平面列阵 64×64元 组件 InSb InSb Focal plane array 64×64 Assembly
国防科技大学ATR实验室,湖南,长沙,410073
大面阵、高灵敏度的红外焦平面探测器技术的逐步成熟为红外热成像系统进行反潜探测的设想的可行性提供了保证.理论计算和分析表明:采用焦平面探测器的红外热成像系统可以在一定距离上分辨海面海水的细小温度差异,并可在高帧频下快速扫描大范围的海面,在反潜探测中有较好的应用前景.
焦平面列阵 红外成像系统 反潜探测 Focal plane array IR imaging system Anti-submarine detection
