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 红外成像材料与器件重点实验室,上海 200083
2 上海科技大学 信息科学与技术学院,上海 201210
As在HgCdTe材料中具有较小的扩散系数，可以形成较为稳定的结构，广泛应用于HgCdTe的p型掺杂。在p-on-n型碲镉汞红外探测器的制备中As掺杂是重要的制备方法。针对在制备过程中存在无法精确测量As激活率的问题，提出采用低温弱p型退火辅助差分霍尔测试的方法，获得了载流子浓度分布，从而通过与SIMS测试结果对比得到长、中波液相外延HgCdTe样品中As的激活率，并分析了退火等工艺对As掺杂后激活率的影响。
液相外延 碲镉汞 As离子注入 激活率 弱p型退火 LPE Hg1-xCdxTe As ion implantation activation rate weak p-type annealing
1 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术联合国家重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
红外谱段（8~12.5 μm）作为红外对地光学载荷的主要探测谱段，在对地遥感领域发挥着重要的作用。以红外成像仪载荷的杜瓦组件为研究对象，宽幅高分辨率红外系统的光机结构作为输入边界，分析了关键面对系统杂散光的影响。为了抑制杂散光和降低背景辐射，利用柔性波纹管隔热实现200 K窗口和窗口帽低温设计。进一步分析了杜瓦组件窗口、窗口外壳、冷屏结构及表面处理工艺等对杜瓦内部杂散光的影响。冷屏采用三级挡板设计，滤光片为三波段集成，同时在考虑装配和加工精度的情况下，冷屏和滤光片支架采用分离方式。卫星红外成像仪载荷在轨运行良好，成像效果较好。为杜瓦设计和加工选择提供了一定依据。
红外探测 波纹管隔热设计 杂散光 杜瓦组件 infrared detection bellows insulation design stray light Dewar components 红外与激光工程
2023, 52(7): 20220823
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，上海 200083
针对拼接型多波段长波红外探测器组件在冷光学系统中的应用要求，本文分析了低温光学用多波段长波红外探测器封装的难点。本团队通过研究4个512×12模块呈品字形拼接后与4个三波段集成滤光片的低温配准、组件在200 K低温光窗的支撑与隔热、探测器与制冷机耦合应力等封装技术，提出了可以实现三波段集成滤光片与探测器背套对中误差在10 μm以下的配准方法以及红外探测器杜瓦组件柔性波纹外壳实现101 mW隔热的方案，同时在杜瓦冷平台上设计了物理隔离耦合应力的多层热层结构，解决了多波段长波红外探测器组件的低光串、低背景辐射、低功耗、冷平台高温度均匀性和探测器高可靠性等关键技术，成功研制了低温光学用12.5 μm 三波段长波2000×12元红外探测器制冷组件。一系列空间环境适应性试验验证结果表明，试验前后组件的性能未发生明显变化，能够满足工程化应用要求。
探测器 杜瓦组件 低温光学 低温系统集成 中国激光
2022, 49(21): 2110002
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 中国科学院微电子研究所 高频高压器件与集成研发中心,北京 100029
2 中国科学院大学 电子电气与通信工程学院,北京 100049
成功实现了一款具有高输出功率和宽频率调谐范围的基波压控振荡器.其制作工艺为0.8 μm InP DHBT工艺, 晶体管的最大fT和fmax分别为170和250 GHz.电路核心部分采用了为高频应用改进的平衡式考毕兹拓扑, 在后面添加一级缓冲放大器来抑制负载牵引效应, 并提升了输出功率.DHBT的反偏CB结作为变容二极管来实现频率调谐.芯片测试结果表明, 压控振荡器的频率调谐范围为81~97.3 GHz, 相对带宽为183%.在调谐频率范围内最大输出功率为10.2 dBm, 输出功率起伏在3.5 dB以内.在该压控振荡器的最大调谐频率97.3 GHz处相位噪声为-88 dBc/Hz @1MHz.
压控振荡器 磷化铟双异质结晶体管 宽调谐范围 高输出功率 voltage-controlled oscillator InP DHBT wide tuning range high output power
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中国科学院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
调制传递函数(MTF)值是表征碲镉汞(HgCdTe)红外探测器成像性能的重要参数。串音是减小探测器MTF值的主要因素之一。合理的器件结构设计可有效地抑制串音,从而提高器件MTF值。介绍了一种含金属框结构的HgCdTe红外焦平面探测器,该器件可有效吸收横向扩散光生载流子并减小器件的串音干扰。对含金属框结构的器件和无金属框结构的器件进行MTF测试及对比分析。测试结果表明,与无金属框结构的器件相比,含金属框结构的器件的MTF值得到显著提高。
探测器 调制传递函数 红外焦平面 金属框 串音
