【摘要】：在半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下,紅外探測技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,第三代紅外探測器的發(fā)展需求不斷增加。在航天遙感領(lǐng)域,波長在10微米以上的長波探測器仍以HgCdTe光導(dǎo)型探測器為主,在紅外探測成像方面發(fā)揮著重要作用,而當(dāng)前光導(dǎo)型紅外探測器的非均勻性問題突出,常規(guī)讀出電路的動(dòng)態(tài)范圍過小,導(dǎo)致部分信號(hào)無法讀出,因此非均勻性問題成為了紅外探測成像技術(shù)的研究難點(diǎn)和重點(diǎn)。本文針對(duì)長波光導(dǎo)紅外探測器非均勻性問題展開了深入研究,設(shè)計(jì)了一種數(shù)�；旌系姆蔷鶆蛐孕Ｕ拈L波光導(dǎo)紅外探測器讀出電路。綜合考慮了各種讀出電路的輸入級(jí)結(jié)構(gòu),采用反饋比較型的ADC和DAC的橋式輸入結(jié)構(gòu),再經(jīng)電阻反饋跨導(dǎo)運(yùn)放結(jié)構(gòu)輸出,來獲得均勻穩(wěn)定的信號(hào)。校正讀出電路由比較器,計(jì)數(shù)器,電阻網(wǎng)絡(luò)和可調(diào)增益的電阻反饋跨導(dǎo)運(yùn)放四個(gè)模塊組成。第一章,首先介紹了紅外探測器技術(shù)的分類和發(fā)展,以及光導(dǎo)探測器的原理和應(yīng)用,其次敘述了紅外探測器非均勻性校正的發(fā)展現(xiàn)狀,分析了目前的各種片上校正方法,并對(duì)長波HgCdTe光導(dǎo)型探測器進(jìn)行非均勻性問題測試和分析,說明了論文工作的目的和意義。第二章主要介紹讀出電路設(shè)計(jì)的方法和流程。第三章,針對(duì)當(dāng)前探測器非均勻性問題,提出了片上校正讀出電路詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案和技術(shù)指標(biāo),并在0.5μm CMOS工藝平臺(tái)完成了總體電路框架和四個(gè)校正模塊的電路原理設(shè)計(jì)與仿真。第四章完成了版圖設(shè)計(jì)和流片工作。第五章,對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行了非均勻性校正仿真和分析,并對(duì)流片封裝后的電路芯片進(jìn)行了測試分析,最后對(duì)校正電路提出了改進(jìn)方案。第六章總結(jié)了論文的主要工作內(nèi)容和結(jié)論。經(jīng)過仿真和測試表明,本論文設(shè)計(jì)的校正讀出電路能使長波光導(dǎo)探測器電阻非均勻性從19%等價(jià)性地降為0.5%以下,讀出信號(hào)非均勻性能從50%以上降至10%以下。該電路不僅可以有效地解決線列長波光導(dǎo)探測器電阻非均勻性問題,還對(duì)今后高性能大面陣長波紅外光導(dǎo)探測器讀出電路的設(shè)計(jì)具有重要指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN215
【圖文】：

圖 1.1 紅外成像探測系統(tǒng)框圖Figure 1.1 Diagram of infrared imaging detection system目前，紅外焦平面讀出電路（readout integrated circuit, ROIC）都是以光伏型探測器為主，不同的探測器信號(hào)的類型不同，讀出電路不能通用，大部分的光導(dǎo)探測器都是不帶 ROIC 的器件，信號(hào)的讀出和處理主要通過外圍電子線路完成，對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用造成很大的限制[8]。1.1.1 紅外探測技術(shù)的分類和發(fā)展

圖 1.1 紅外成像探測系統(tǒng)框圖Figure 1.1 Diagram of infrared imaging detection system紅外焦平面讀出電路（readout integrated circuit, ROIC）都主，不同的探測器信號(hào)的類型不同，讀出電路不能通用，都是不帶 ROIC 的器件，信號(hào)的讀出和處理主要通過外圍統(tǒng)應(yīng)用造成很大的限制[8]。外探測技術(shù)的分類和發(fā)展

圖 1.3 大氣透射窗口[9]Figure 1.3 Atmospheric transmission window根據(jù)工作原理可將紅外探測器劃分為光電型和熱電型紅外探測器，其中光電型工作原理是紅外輻射光子激發(fā)半導(dǎo)體材料電子躍遷，比如光伏型和光導(dǎo)型，以及量子阱紅外探測器，雪崩光電二極管 APD 等[7]。其中光導(dǎo)型和光伏型的區(qū)別是：前者是光生伏特，通常由半導(dǎo)體 PN 結(jié)構(gòu)成，后者是光生電導(dǎo)，不是基于 PN結(jié)結(jié)構(gòu)，工作方式是本征或者非本征半導(dǎo)體，價(jià)帶中的電子或者雜質(zhì)束縛態(tài)的電子或空穴吸收光子使半導(dǎo)體電導(dǎo)率發(fā)生變化[7][12][13]，通常電阻較低，流過探測器的電流較大，可達(dá)毫安級(jí)別，熱電型紅外探測器原理是紅外輻射熱效應(yīng)引起探測器材料溫度變化，比如紅外輻射熱計(jì)[14][15][16]。根據(jù)工作溫度的要求還可劃分為制冷和非制冷型[7]。非制冷紅外探測器主要用于軍事和民用，以及一些簡單的紅外探測；而制冷型需要在低溫下工作，設(shè)備

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2762189