【摘要】：延伸波長In Ga As紅外焦平面在航天遙感、軍事和民用領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。截止波長為2.5μm的延伸波長In Ga As光敏芯片由于其晶格失配,相同溫度下暗電流比響應(yīng)波長為1.7μm的晶格匹配In Ga As光敏芯片高幾個數(shù)量級,降低延伸波長In Ga As紅外探測器的暗電流成為實(shí)際應(yīng)用中亟待解決的問題。優(yōu)化In Ga As材料和器件工藝可有效降低光敏芯片暗電流,由于探測器的暗電流和偏置電壓密切相關(guān),降低耦合接口處光敏芯片的偏置電壓也可以減小光敏芯片的暗電流。本文從紅外焦平面讀出電路的角度出發(fā),研究通過降低耦合接口偏置電壓實(shí)現(xiàn)降低焦平面暗電流的設(shè)計(jì)方法。首先介紹了延伸波長In Ga As紅外焦平面發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢;討論了幾種類型的紅外焦平面耦合接口,針對具有暗電流和背景電流抑制功能的電路進(jìn)行了調(diào)研和比較;運(yùn)用Monte Carlo方法仿真了運(yùn)放失調(diào)電壓和各MOS管尺寸的關(guān)系,并討論了小像元面陣紅外焦平面低失調(diào)電壓耦合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法;針對線列讀出電路提出了一種新型Autozero結(jié)構(gòu)的CTIA輸入級的設(shè)計(jì)方法,在負(fù)反饋回路中運(yùn)用了一種雙電源CMOS反相器,消除了開關(guān)漏電流的影響,耦合接口失調(diào)電壓仿真結(jié)果達(dá)到23μV。測試結(jié)果表明,電路與截止波長為1.7μm的紅外探測器耦合后,可將暗電流降低至10f A數(shù)量級,比反偏10m V時實(shí)測暗電流降低一個數(shù)量級;電路與截止波長為2.5μm的紅外探測器耦合后,用杜瓦封裝,在180K、200K、220K、240K條件下測試,暗電流均比反偏10m V時實(shí)測暗電流降低一個數(shù)量級。
[Abstract]:Extended wavelength In Ga As infrared focal plane is widely used in space remote sensing, military and civil fields. Due to the lattice mismatch of the extended wavelength In Ga As-Guang Min chip with a cutoff wavelength of 2.5 渭 m, the dark current at the same temperature is several orders of magnitude higher than that of the lattice-matched In Ga As Guang Min chip with a response wavelength of 1.7 渭 m. Reducing the dark current of the extended wavelength In Ga As infrared detector has become an urgent problem in practical application. Optimizing the technology of In Ga As materials and devices can effectively reduce the dark current of Guang Min chip. Because the dark current of the detector is closely related to the bias voltage, the bias voltage of Guang Min chip at the coupling interface can also reduce the dark current of Guang Min chip. From the point of view of infrared focal plane readout circuit, this paper studies the design method of reducing the dark current of focal plane by reducing the bias voltage of the coupling interface. Firstly, the development status and trend of extended wavelength In Ga As infrared focal plane are introduced, and several kinds of infrared focal plane coupling interfaces are discussed, and the circuits with dark current and background current suppression are investigated and compared. The Monte Carlo method is used to simulate the relationship between the offset voltage of operational amplifier and the size of each MOS tube, and the design method of the low offset voltage coupling structure of the small pixel array infrared focal plane is discussed. A new design method of CTIA input stage based on Autozero structure is proposed for linear readout circuits. A double power CMOS inverter is used in the negative feedback loop, which eliminates the influence of the leakage current of the switch. The simulation results of the offset voltage of the coupling interface reach 23 渭 V. The test results show that the dark current can be reduced to the order of 10f A by coupling the circuit with an infrared detector with a cut-off wavelength of 1.7 m, which is one order of magnitude lower than the measured dark current at an inverse deviation of 10 MV. When the circuit is coupled with the infrared detector with a cut-off wavelength of 2.5 渭 m, the dark current is reduced by one order of magnitude compared with the measured dark current at reverse bias of 10 MV, and is encapsulated by Dewar and tested at 180K / 200KN / 220KN 240K.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN219

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本文編號：2429154