0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看威廉希尔官方网站 视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

碲镉汞APD焦平面威廉希尔官方网站 研究

MEMS 来源:红外芯闻 2023-01-16 14:04 次阅读

碲镉汞APD探测器可通过偏压调节实现常规的被动热成像和雪崩增益下的主动成像,这将为实现采用单个焦平面探测器的自对准系统提供了可能。利用主/被动双模光学系统可方便实现被动成像和主动成像过程中的光路切换,可有效解决光路校准困难的问题。基于碲镉汞APD探测器的新型主/被动双模成像系统结构更简洁,体积、重量、功耗以及成本将更简化。

此外,碲镉汞APD器件具有增益高、响应速度快以及过剩噪声低等特点,特别适用于快速成像、主/被动双模成像以及3D成像等应用,同时满足全天时与全天候工作的需求,因此国际上主要从事红外探测器研究和开发的机构均对碲镉汞APD器件开展了广泛地研究,并已获得了令人瞩目的威廉希尔官方网站 进展。

近年来,国内的研究团队也开展了碲镉汞APD器件威廉希尔官方网站 的研究,但从器件规模和性能等方面均与国外先进水平存在较大的差距。

据麦姆斯咨询报道,近日,昆明物理研究所和华中科技大学的研究人员组成的团队在《红外与毫米波学报》期刊上发表了题为“碲镉汞APD焦平面威廉希尔官方网站 研究”的最新论文,基于液相外延(LPE)生长的中波碲镉汞薄膜,采用B离子注入n-on-p平面结威廉希尔官方网站 制备了像元中心距为30μm,阵列规模为256×256的APD焦平面探测器芯片,并在液氮温度下对增益、暗电流以及过噪因子等器件性能指标进行了测试分析;此外,还对所研制的碲镉汞APD焦平面探测器芯片进行了初步地成像演示。

器件制备

实验采用LPE生长的碲镉汞薄膜,材料Cd组分x~0.302,77K温度下对应的响应截止波长为4.95μm。材料导电类型为P型,受主杂质为汞空位,空穴浓度2.5~5.0×10¹⁶cm⁻³。

碲镉汞薄膜生长过程中采用低浓度铟掺杂作为材料的本底掺杂,铟的浓度为0.5~2.0×10¹⁵cm⁻³。通过B离子注入以及注入后的退火处理,使得离子注入产生的汞间隙原子向材料内部扩散的过程中与汞空位不断复合还原至轻掺杂的本底浓度,实现具有雪崩倍增功能的N⁻层。

然后,通过欧姆接触孔刻蚀和接触电极成型完成了碲镉汞APD探测器芯片的制备。焦平面单像元碲镉汞APD器件结构如图1所示。

490bacd4-7eee-11ed-8abf-dac502259ad0.png

图1 单像元碲镉汞APD器件结构示意图

将所制备的面阵规模256×256,像元中心间距为30μm的碲镉汞APD探测器芯片与专用的APD读出电路通过铟柱倒装互连实现了焦平面探测器芯片组。再对其进行下填胶、固化、背减薄去除衬底以及背增透膜沉积等完成了碲镉汞APD焦平面芯片的制备,芯片实物图如图2所示。

4932b522-7eee-11ed-8abf-dac502259ad0.png

图2 碲镉汞APD焦平面芯片实物照片

器件性能测试

将256×256(30μm)碲镉汞APD焦平面探测器芯片封装入中测杜瓦,冷屏F#数为2,液氮制冷到约77K后分别对着20℃和35℃的面源黑体,调节积分时间和探测器偏置对焦平面器件的基本性能进行了测试,并对其雪崩增益M和过噪因子F进行了分析。此外,在0°视场(0FOV)条件下对液氮温度碲镉汞APD焦平面器件的暗电流进行了测试分析。最后,在不同条件下对APD焦平面器件进行了初步地成像演示。

碲镉汞APD焦平面雪崩增益

图3则为-8.6V反偏下焦平面器件雪崩增益直方图。器件增益分布呈现正态分布,雪崩增益均值为166.8,标准偏差5.56,增益非均匀性为3.33%,表现出较高的增益值和较好的均匀性。

49500028-7eee-11ed-8abf-dac502259ad0.png

图3-8.6V反偏下碲镉汞APD焦平面增益直方图

图4为碲镉汞APD焦平面器件增益及其非均匀性随偏压的变化关系。器件增益随偏压指数增大,呈现出较理想的雪崩倍增现象。相应的增益非均匀性随偏压也出现了增加的趋势。

49778896-7eee-11ed-8abf-dac502259ad0.png

图477K下碲镉汞APD焦平面增益及其非均匀性随偏压的变化关系

碲镉汞APD焦平面暗电流

在0°视场(0FOV)条件下对封装入中测杜瓦的碲镉汞APD焦平面器件在液氮温度下进行了暗电流测试。图5为碲镉汞APD焦平面器件平均暗电流随偏压的变化关系,器件暗电流随偏压呈指数增大。

49fb2372-7eee-11ed-8abf-dac502259ad0.jpg

图5 77K下碲镉汞APD焦平面暗电流随偏压的变化关系

图6为碲镉汞APD焦平面器件增益归一化暗电流随偏压的变化关系。器件增益归一化暗电流(GNDC)在9.0×10⁻¹⁴~1.6×10⁻¹³A范围内,与法国CEA/LETI的J. Rothman报道结果相当,表现出了较好的器件性能。

4a1b0a02-7eee-11ed-8abf-dac502259ad0.jpg

图6 77K下碲镉汞APD焦平面增益归一化暗电流随偏压的变化关系

碲镉汞APD焦平面过噪因子

APD器件由于载流子在倍增区碰撞电离的随机性,使得增益随时间发生涨落,导致信号被雪崩放大的同时,器件信噪比也将出现一定程度恶化。过噪因子F定义为器件输入信/噪比和输出信/噪比的比值,是APD器件过剩噪声的量度。

图7为碲镉汞APD焦平面器件不同偏压下的过噪因子。F介于1.0~1.5之间,较好地表现出了碲镉汞APD器件因单载流子倍增机制而具有近无过剩噪声的优异性能。

4a2b4f48-7eee-11ed-8abf-dac502259ad0.jpg

图7 77K下碲镉汞APD焦平面过噪因子随偏压变化关系

碲镉汞APD焦平面成像演示

对封装在液氮中测杜瓦的碲镉汞APD焦平面器件前置中波镜头后进行了初步成像演示。在小偏压下调节积分时间至约半阱,经过非均匀性校正和盲元替换,器件成像照片如图8所示。人脸处的手掌印清晰可见,显示出与常规中波红外探测器相当的成像效果。

4a4e7f9a-7eee-11ed-8abf-dac502259ad0.png

图8碲镉汞APD焦平面在-50mV反偏下成像演示

通过调节器件的偏压可方便改变器件的增益。在相同的短积分时间20μs下,雪崩增益分别为1和19的器件成像照片如图9所示。在相同积分时间下,信号的雪崩增益放大过程显著提升了器件的成像效果。

4a6587da-7eee-11ed-8abf-dac502259ad0.png

图9 20μs积分时间下不增益状态碲镉汞APD焦平面成像演示(a)M=1,Tint=20μs,(b)M=19,Tint=20μs

结论

本文采用LPE生长的中波碲镉汞材料,通过B离子注入n-on-p平面结工艺制备了碲镉汞APD探测器芯片,并与专用的APD读出电路倒装互连实现了碲镉汞APD焦平面芯片的制备。将APD芯片封装入中测杜瓦,在液氮温度下对其增益、暗电流以及过噪因子等性能参数进行了测试分析,结果表明,所制备的碲镉汞APD焦平面芯片在-8.5V反偏下平均增益达到166.8,增益非均匀性为3.33%;在0~-8.5V反向偏置下,APD器件增益归一化暗电流为9.0×10⁻¹⁴~1.6×10⁻¹³A,过噪因子F介于1.0~1.5之间。此外,对碲镉汞APD焦平面进行了成像演示,在低偏压下成像效果与常规器件类似,均具有较佳的成像效果;在相同短积分时间下,信号的雪崩增益放大过程显著提升了器件的成像效果。






审核编辑:刘清

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 探测器
    +关注

    关注

    14

    文章

    2633

    浏览量

    73008
  • APD
    APD
    +关注

    关注

    1

    文章

    58

    浏览量

    38420
  • FOV
    FOV
    +关注

    关注

    0

    文章

    36

    浏览量

    5871

原文标题:昆明物理研究所在碲镉汞APD焦平面探测器方面的研究进展

文章出处:【微信号:MEMSensor,微信公众号:MEMS】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    化铋和别傻傻分不清

    重要的半导体材料是非金属元素中金属属性最强的元素,是战略性新兴产业七大领域中不可缺少的重要材料:在新能源、信息科技、冶金、化工、电子、医药、国防航空航天等部门有着广泛而独特的用途。化铋和
    的头像 发表于 11-24 01:01 214次阅读
    <b class='flag-5'>碲</b>化铋和<b class='flag-5'>碲</b>锌<b class='flag-5'>镉</b>别傻傻分不清

    PCB电路与结构的EMC协同仿真威廉希尔官方网站 研究

    电子发烧友网站提供《PCB电路与结构的EMC协同仿真威廉希尔官方网站 研究.pdf》资料免费下载
    发表于 09-20 11:42 0次下载

    基于振弦采集仪的工程安全监测威廉希尔官方网站 研究与应用

    基于振弦采集仪的工程安全监测威廉希尔官方网站 研究与应用 随着工程规模的不断扩大和复杂性的增加,工程安全监测变得越来越重要。工程安全监测的目的是保证工程的安全运行,预防事故的发生,保护人们的生命财产安全。其中,振
    的头像 发表于 06-26 13:21 270次阅读
    基于振弦采集仪的工程安全监测<b class='flag-5'>威廉希尔官方网站
研究</b>与应用

    电机控制中的噪声抑制威廉希尔官方网站 研究

    随着现代工业的快速发展,电机在各类生产线上的应用越来越广泛,然而,电机在运行过程中产生的噪声问题也日益凸显。电机噪声不仅影响生产环境的舒适度,还可能对员工的身心健康造成不良影响。因此,电机控制中的噪声抑制威廉希尔官方网站 研究显得尤为重要。本文将对电机噪声的成因、噪声抑制威廉希尔官方网站 的现状以及
    的头像 发表于 06-25 11:47 845次阅读

    凌科喜获“广东省工程威廉希尔官方网站 研究中心”认定

    近日,广东省科学威廉希尔官方网站 厅正式公布了“2023年度广东省工程威廉希尔官方网站 研究中心认定名单”。凭借在工业连接器领域卓越的威廉希尔官方网站 创新与研发实力,凌科电气的“高可靠高精密工业连接器(凌科)工程威廉希尔官方网站 研究中心
    的头像 发表于 05-25 08:13 356次阅读
    凌科喜获“广东省工程<b class='flag-5'>威廉希尔官方网站
研究</b>中心”认定

    基于VLPE威廉希尔官方网站 p-on-n双层异质结材料与器件研究进展

    (HgCdTe,MCT)红外平面器件结构包括本征空位掺杂n-on-p、非本征掺杂n-o
    的头像 发表于 05-24 09:31 665次阅读
    基于VLPE<b class='flag-5'>威廉希尔官方网站
</b>的<b class='flag-5'>碲</b><b class='flag-5'>镉</b><b class='flag-5'>汞</b>p-on-n双层异质结材料与器件<b class='flag-5'>研究</b>进展

    珠海中京电子成功获得“广东省电子电路工程威廉希尔官方网站 研究中心”认定

    近日,广东省科学威廉希尔官方网站 厅公示了2023年度广东省工程威廉希尔官方网站 研究中心名单,珠海中京以其卓越的研发水平和创新能力,成功获得“广东省电子电路(珠海中京)工程威廉希尔官方网站 研究中心”认定。
    的头像 发表于 04-19 14:11 462次阅读
    珠海中京电子成功获得“广东省电子电路工程<b class='flag-5'>威廉希尔官方网站
研究</b>中心”认定

    喜讯!诺安智能获“广东省工程威廉希尔官方网站 研究中心”认定

    4月7日,广东省科学威廉希尔官方网站 厅发布了《广东省科学威廉希尔官方网站 厅关于拟认定2023年度广东省工程威廉希尔官方网站 研究中心名单的公示》,经单位申报、主管部门推荐、专家评审等程序,诺安智能申报的“广东省智能光电气体传感工程
    的头像 发表于 04-17 15:08 485次阅读
    喜讯!诺安智能获“广东省工程<b class='flag-5'>威廉希尔官方网站
研究</b>中心”认定

    百万像素胶体量子点中波红外焦平面阵列成像威廉希尔官方网站 研究

    据麦姆斯咨询报道,2024年年初,北京理工大学红外胶体量子点团队在《激光与光电子学进展》期刊发表了题为“百万像素胶体量子点中波红外焦平面阵列成像威廉希尔官方网站 ”的特邀研究论文。
    的头像 发表于 03-21 09:21 861次阅读
    百万像素胶体量子点中波红外焦<b class='flag-5'>平面</b>阵列成像<b class='flag-5'>威廉希尔官方网站
研究</b>

    基于PIN结构的线性雪崩平面器件威廉希尔官方网站

    本文通过单项实验对比与分析,选取原生HgCdTe材料,对其进行PIN结构雪崩器件的全过程工艺模拟,形成大面积的雪崩Ⅰ区。采用微分霍尔、微分少子寿命等测试手段进行材料表征,评估获得了关键雪崩区域的真实材料晶体质量。
    的头像 发表于 03-15 09:38 504次阅读
    基于PIN结构的<b class='flag-5'>碲</b><b class='flag-5'>镉</b><b class='flag-5'>汞</b>线性雪崩<b class='flag-5'>焦</b><b class='flag-5'>平面</b>器件<b class='flag-5'>威廉希尔官方网站
</b>

    PIN结构雪崩器件的Ⅰ区材料晶体质量研究

    常规的PIN结构雪崩器件一般采用non-p结构,其中最为关键的雪崩Ⅰ区采用离子注入及推结退火的后成结工艺。
    的头像 发表于 03-15 09:37 697次阅读
    <b class='flag-5'>碲</b><b class='flag-5'>镉</b><b class='flag-5'>汞</b>PIN结构雪崩器件的Ⅰ区材料晶体质量<b class='flag-5'>研究</b>

    一款天文应用的640×512 HgCdTe平面读出电路设计

    红外载荷中的核心部件是红外平面探测器。由于天文观测具有背景辐射极低、光子通量极低的特点
    的头像 发表于 03-11 14:09 692次阅读

    宽带放大器在阵列涡流检测威廉希尔官方网站 研究中的应用

      实验名称:阵列涡流检测威廉希尔官方网站 研究   实验原理:涡流检测基于在电磁感应原理,仅适合用于导电材料的检测。其检测原理是:载有交变电流的检测线圈靠近工件时,在工件中会感生出涡流,此涡流形成的同时也会形成
    发表于 02-28 16:04

    智能化红外平面应用前景与发展现状综述

    智能化红外平面探测器的出现,依赖于先进的红外材料、器件威廉希尔官方网站 和工艺水平以及集成电路威廉希尔官方网站 和工艺的飞速发展;
    的头像 发表于 02-26 09:32 836次阅读
    智能化红外<b class='flag-5'>焦</b><b class='flag-5'>平面</b>应用前景与发展现状综述

    详细介绍衬底的表面处理研究

    (CZT)单晶材料作为(MCT)红外平面
    的头像 发表于 01-02 13:51 802次阅读
    详细介绍<b class='flag-5'>碲</b>锌<b class='flag-5'>镉</b>衬底的表面处理<b class='flag-5'>研究</b>