中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
第三代红外探测器发展的一个重要方向是高工作温度探测器。对于碲镉汞n-on-p探测器而言，n+-n--p结构以及良好的钝化工艺能够有效的抑制暗电流的产生，从而在高工作温度条件下获得较好的探测器性能。基于自行开发的成结模拟器，对n+-n--p结构的高温器件进行了工艺仿真和器件仿真，获得成结过程的制备参数，并结合抑制表面漏电的组分梯度钝化工艺，将高工作温度下的暗电流抑制至理论极限，研制出可以在更高温度工作下的碲镉汞n-on-p红外焦平面探测器。经测试，中波n-on-p红外焦平面器件在不同工作温度下性能优异，在80K工作温度下噪声等效温差（NETD）达到了6.1 mK，有效像元率为99.96%；而在150K工作温度下噪声等效温差（NETD）为11.0 mK，有效像元率为99.50%，达到了同类器件的理论极限。
碲镉汞 n+-n--p 高工作温度 红外焦平面 HgCdTe n+-n--p high operation temperature（HOT） infrared focal plane array
1 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术国家重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
3 中国科学院大学，北京 100049
根据“天问一号”火星矿物光谱仪短波红外探测组件小型化、轻量化、低功耗的需求，分析了红外探测器匹配性设计、集成式制冷机杜瓦适应性研制的难点。针对短波红外探测器高灵敏度、低温目标及多光谱探测需求的长积分时间模式的集成封装、抗大量级星器分离冲击等特点，提出了高信噪比探测器总体设计、具有噪声隔离和集成式冷平台结构设计、抗径向冲击的斜支撑结构设计等。解决了短波红外集成组件探测器低温下低热应力、长积分时间下干扰隔离、大量级力学加固、航天应用的高可靠性厚膜电路研制等关键技术。成功研制了短波碲镉汞探测器杜瓦制冷组件，并经过高低温循环、随机振动及机械冲击等严苛的空间环境热学力学适应性试验验证，试验前后组件性能未发生明显变化，满足火星矿物光谱仪工程化应用的要求。
红外探测器 集成式制冷杜瓦组件 力学冲击 火星矿物光谱分析仪 天问一号 infrared detector IDDCA shock Mars mineralogical spectrometer (MMS) Tianwen-1 红外与激光工程
2023, 52(10): 20230005
1 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
红外光电探测技术通常工作在无源被动的传感模式，具有作用距离远、抗干扰性好、穿透烟尘雾霾能力强、全天时工作等优点，在航天遥感、**装备、天文探测等方面都有广泛应用。至今，二代、三代红外光电探测器已大规模进入装备，高端三代也在逐步推进实用化，并出现了前沿前瞻性的新概念、新技术、新器件。本文聚焦国内外的红外技术研究现状，重点介绍红外光电探测器当前的研究热点与未来的发展趋势。首先，介绍针对战术泛在化、战略高性能的SWaP3概念。其次，综述以超高空间分辨率、超高能量分辨率、超高时间分辨率、超高光谱分辨率为特征的高端三代红外光电探测器，分析挑战光强探测能力极限的红外探测器的技术特征与实现方法。然后，论述基于人工微结构的四代红外光电探测器，重点介绍偏振、光谱、相位等多维信息融合的实现途径与技术挑战。最后，从片上数字化升级为片上智能化的角度，探讨未来极具变革性趋势的红外探测器。
红外光电探测器 SWaP3 多维信息融合 片上智能化 曲面/柔性探测器 infrared photon detector SWaP3 multi-dimensional information fusion on-chip intelligence curved/flexible photodetector
1 中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室,上海 200083
2 中国科学院大学,北京 100049
3 上海科技大学,上海 201210
碲镉汞雪崩光电二极管以其高增益、高灵敏度和高速探测的优点成为第 3代红外光电探测器的重要发展方向之一.制备了截止波长 3. 56 μm的雪崩光电二极管焦平面器件,面阵规模为 16×16.焦平面器件在 0~6 V偏压下有效像元率大于 90%,非均匀性小于 20%. 6 V偏压下 NEPh约为 60,过剩噪声因子为 1. 2.
碲镉汞 雪崩光电二极管 焦平面 噪声等效光子数 过剩噪声因子 HgCdTe APD FPA NEPh excess noise factor
1 中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
3 上海科技大学信息科学与技术学院，上海 210210
报道了液氮温度下对 HgCdTe器件进行电容测试的方法。标定了仪器寄生电容以及杜瓦寄生电容，并利用该测试结果计算得到 PN结区附近的载流子浓度和相应的深度等数据。对比了碲镉汞常规 PN结器件与雪崩光电二极管（APD）器件的耗尽层宽度以及 N区载流子浓度。
电容 载流子浓度 缓变 PN结 HgCdTe HgCdTe capacitance carrier concentration grading PN Junction
1 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
碲镉汞雪崩光电二极管是第三代红外焦平面探测器的主要发展方向之一.提出一种利用离子束刻蚀工艺制备碲镉汞雪崩光电二极管器件的方法, 并研究了截止波长、耗尽区厚度与器件增益的关系.利用此方法制备截止波长4.8 μm的中波器件在17 V反向偏置下增益可达1000.对器件进行了噪声频谱测试, 计算了其过剩噪声因子.
雪崩光电二极管 离子束刻蚀 增益 过剩噪声因子 HgCdTe HgCdTe avalanche photo diode (APD) ion beam etching(IBE) gain escess noise factor 红外与毫米波学报
2019, 38(2): 02223
1 中国科学院大学, 北京 100039
2 中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
对使用CdTe覆盖的HgCdTe材料在不同温度下进行了一系列的退火实验.研究发现, 退火可以改善电子束蒸发CdTe的晶体状态, 使CdTe和HgCdTe之间的界面状态得到改善.Au掺杂HgCdTe覆盖CdTe后, 真空条件下退火, 240℃和300℃对Au掺杂的浓度分布改变不大, Au掺杂的浓度几乎不变.但是, 温度的不同会对汞空位的浓度产生显著的影响, 因此退火温度不同会使载流子浓度明显不同.退火温度从240℃升高至300℃后, 霍尔测试得到的载流子浓度从2×1016 cm-3左右升高至5.5×1016 cm-3左右.
Au掺杂HgCdTe 电子束蒸发CdTe 退火 载流子浓度 Au分布 Au doped HgCdTe electron beam evaporation CdTe annealing carrier concentration distribution of Au
1 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
红外焦平面成像质量受材料生长及器件制备工艺的影响, 易出现盲元、条纹噪声等缺陷。条纹噪声经常会导致盲元的检测偏差, 准确的盲元检测对于后续图像处理具有重要意义。利用双密度双树复数小波分解的多方向性小波系数, 结合广义高斯分布将高频小波系数按照对条纹噪声影响程度分别赋予不同权值并进行单支重构, 消除了条纹噪声对盲元检测的影响, 得到初步“干净”的预处理图像, 进而对预处理图像运用3?滓准则进行盲元检测。通过短波HgCdTe红外焦平面成像的实践验证, 该方法对具有条纹噪声特征的红外图像盲元检测更加准确。
红外焦平面 盲元检测 条纹噪声 双密度双树复数小波 IRFPA blind pixels detection stripe noise double density double tree complex wavelet 红外与激光工程
2018, 47(2): 0204001
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 上海科技大学, 上海 201210
3 中国科学院大学, 北京 100049
报道了液氮温度下激光束诱导电流(LBIC)和I-V测试两种在HgCdTe器件中pn结结区扩展的表征方法.通过LBIC和I-V测试, 发现了p型HgCdTe材料中由B+离子注入成结和干法刻蚀成结对材料造成的损伤使得有效结区范围大于注入和刻蚀面积, 并获得n区横向扩展.同时, 通过对比, 相互印证两种方法得到的测试结果一致.
激光束诱导电流 I-V测试 B+离子注入 干法刻蚀 HgCdTe HgCdTe laser beam induced current I-V test Boron ion implantation dry etching
1 上海大学 理学院物理系, 上海 200444
2 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
激光束诱导电流(LBIC)检测实验表明, 飞秒激光刻蚀P型碲镉汞形成的孔洞结构具有PN结特性.实验研究了激光刻蚀功率、激光聚焦透镜数值孔径等参数对刻蚀孔形貌的影响, 发现在较低的激光功率范围内, 孔径与激光功率基本呈线性关系.刻蚀孔反型层的厚度也与激光功率基本呈线性关系, 但不同激光功率刻蚀所形成孔结构的LBIC信号强度的改变不大.另外, 还研究了刻蚀激光在材料中聚焦深度对刻蚀孔LBIC信号的影响, 发现该因素的影响并不明显.
碲镉汞 PN结 激光束诱导电流 飞秒激光打孔 HgCdTe PN junction laser beam induced current(LBIC) femtosecond laser drilling
