雙色碲鎘汞（HgCdTe）紅外探測器是第三代紅外探測器的重要發(fā)展方向之一�？v向疊層的雙色紅外探測器需要高深寬比的臺面實(shí)現(xiàn)像元的電學(xué)隔離或凹槽顯露像元內(nèi)短波長pn結(jié)工藝空間。本文重點(diǎn)研究HgCdTe雙色微臺面與微凹槽芯片的成形技術(shù),具體研究內(nèi)容如下:1.完成了可計(jì)算HgCdTe雙色紅外探測器I-V特性和光譜響應(yīng)的仿真。獲得了具有寬禁帶組分漸變層結(jié)構(gòu)器件的暗電流特性,解釋了寬禁帶組分漸變層可有效抑制器件表面漏電的機(jī)理,優(yōu)化設(shè)計(jì)了具有更低暗電流水平的組分漸變層雙色器件。2.發(fā)展了HgCdTe雙色探測器芯片成形技術(shù)。建立了適合低溫干法刻蝕HgCdTe的掩膜工藝,形成了高深寬比、低損傷的ICP刻蝕技術(shù),刻蝕深寬比².6,刻蝕反型損傷層厚度小于20 nm。實(shí)現(xiàn)了ICP刻蝕技術(shù)對金屬化開口前鈍化層的刻蝕和芯片表面清潔的拓展應(yīng)用。3.研究了HgCdTe雙色探測器芯片的暗電流和光譜特性。對比了不同熱處理方式雙色材料的暗電流特性和響應(yīng)光譜,雙色器件的暗電流與仿真結(jié)果相吻合。建立了光譜響應(yīng)異常與雙色探測器芯片的刻蝕深度等工藝參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系。4.制備了30μm中心距、320×256中\(zhòng)長... 

【文章來源】：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)上海市

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【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

大氣紅外透射窗口[3]

第1章緒論5HgCdTe材料用于研制紅外探測器主要優(yōu)點(diǎn)總結(jié)如下：1)可調(diào)節(jié)禁帶寬度，使得探測范圍覆蓋整個(gè)紅外波段；2)直接帶隙半導(dǎo)體材料，光吸收系數(shù)大，器件芯片厚度10μm~15μm時(shí)，內(nèi)量子效率接近100%；3)載流子遷移率高，探測器響應(yīng)速度快；4)本征復(fù)合機(jī)制使載流子壽命長及熱產(chǎn)生率低，器件可在較高溫度下工作；5)晶格常數(shù)變化小，可利用液相外延、分子束外延、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積等方法制備薄膜材料、制備高質(zhì)量的外延異質(zhì)結(jié)構(gòu)，位錯(cuò)密度可低至104~105cm-2；6)可以通過鈍化減小表面復(fù)合速率，提高器件性能；7)熱膨脹系數(shù)與Si接近，可以與Si讀出電路倒焊互連。1.3碲鎘汞雙色探測器圖1.3HgCdTe紅外探測器的發(fā)展趨勢[7]Figure1.3DevelopmenttrendsofHgCdTeinfrareddetectors如圖1.3，第一代紅外探測器為點(diǎn)或線列型探測器，通過逐行掃描成像；到了第二代則已經(jīng)形成了紅外焦平面陣列器件（Infraredfocalplanearray，IRFPA）（圖1.4），凝視成像。一般認(rèn)為第三代紅外探測器相比二代紅外探測器具備更多像元數(shù)量、更小像元中心距、更小噪聲等效溫差（NETD）、更快成像速度、多波段探測和更多的片上集成信號處理功能，甚至做成系統(tǒng)級芯片（System-on-

碲鎘汞雙色微臺面芯片的成形技術(shù)6a-Chip，SoC）。多波段探測功能有利于高級紅外成像系統(tǒng)強(qiáng)化目標(biāo)探測和識別能力。例如，對中、長波雙色探測器而言，中波波段在較高濕度環(huán)境中可以提供更遠(yuǎn)的探測距離，在增加識別距離時(shí)能提供更好的空間分辨率；相較而言，長波波段更適合于捕捉高速運(yùn)動中的目標(biāo)，也能更好地穿透煙霧[2]。第四代紅外探測器則具備探測更多維度信息的功能，例如更多波段、光偏振信息、光相位信息等。第三代及第四代紅外焦平面探測技術(shù)都致力于發(fā)展小尺寸（Size）、輕量化（Weight）、低功耗（Powerconsumption）、高性能（Performance）和低成本（Price）的SWaP3（Size,Weight,andPower+Performance+Price）器件[8-12]。圖1.4IRFPA和硅讀出電路倒焊混成芯片[13]Figure1.4HybridizationofIRFPAandROIC1.3.1HgCdTe雙色探測器類型多色探測，即多波段探測，指能夠?qū)Χ鄠�(gè)波段進(jìn)行探測。HgCdTe多色探測器材料上一般采用多層異質(zhì)結(jié)疊層生長的結(jié)構(gòu)（見圖1.5）相對而言，由上至下，第一層吸收短波紅外第二層吸收中波紅外，第三層吸收長波紅外，每層吸收小于各自截止波長前的紅外輻射，大于截止波長的紅外輻射則透過到下一吸收層。與通過光學(xué)系統(tǒng)將不同探測波段分開再在不同探測器陣列上進(jìn)行探測的傳統(tǒng)方法相比，單片集成多色探測不存在對不同陣列空間對準(zhǔn)和時(shí)間配準(zhǔn)的問題，從而能

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于nBn勢壘阻擋結(jié)構(gòu)的碲鎘汞高溫器件[J]. 覃鋼,夏菲,周笑峰,洪秀彬,李俊斌,楊春章,李艷輝,常超,楊晉,李東升.  紅外技術(shù). 2018(09)
[2]同時(shí)模式的中波/長波碲鎘汞雙色紅外探測器[J]. 葉振華,李楊,胡偉達(dá),陳路,廖親君,陳洪雷,林春,胡曉寧,丁瑞軍,何力.  紅外與毫米波學(xué)報(bào). 2012(06)
[3]128×128短波/中波雙色紅外焦平面探測器[J]. 葉振華,尹文婷,黃建,胡偉達(dá),陳路,廖親君,陳洪雷,林春,胡曉寧,丁瑞軍,何力.  紅外與毫米波學(xué)報(bào). 2010(06)

博士論文
[1]銻化物超晶格紅外探測器研究[D]. 靳川.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) 2017
[2]碲鎘汞紅外焦平面探測器的無損成形技術(shù)研究[D]. 陳奕宇.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) 2017



本文編號：3586345