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
红外与激光工程
2021, 50(4): 20200231
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
近十年碲镉汞第二代红外焦平面探测器应用呈现爆发式增长, 也是第三代焦平面技术快速发展的十年。文中对近十年来碲镉汞红外焦平面探测器技术的发展进行了简单的回顾, 并结合碲镉汞红外焦平面探测器的应用, 对在碲镉汞红外焦平面探测器技术方面的研究工作和工程应用进行了总结, 最后, 对未来碲镉汞红外焦平面探测器技术的发展进行了展望。
红外焦平面 碲镉汞 分子束外延 液相外延 读出电路 IRFPA HgCdTe MBE LPE ROIC 红外与激光工程
2020, 49(1): 0103010
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 上海科学技术大学 信息科学与技术学院，上海 201210
为了满足可见-近红外波段的高光谱分辨率和高灵敏观测需求，采用大面阵、低噪声碲镉汞焦平面制备技术和低损伤衬底去除技术，成功制备了高信噪比大面阵可见/近红外碲镉汞焦平面探测器。无损衬底去除技术采用机械抛光和化学腐蚀相结合的方法，使焦平面的响应波段拓展至400 nm~2 600 nm。采用信号定量化焦平面测试评价手段对可见/近红外碲镉汞焦平面的性能进行评估，640×512 25 μm中心距碲镉汞焦平面的波段量子效率可达到88.4%，信噪比达到287，有效像元率大于98%，能够获得清晰的可见和近红外波段图像。
超光谱探测 可见/近红外成像 碲镉汞 衬底去除 量子效率 ultra-spectrum detection Vis/NIR spectral imaging HgCdTe substrate removal quantum efficiency
1 工业和信息化部电子第五研究所 电子元器件可靠性物理及其应用技术重点实验室, 广东 广州 510610
2 中国科学院上海技术物理研究所 红外材料与器件重点实验室, 上海 200083
甚长波红外波段富含大气湿度、CO2含量及云层结构和温度轮廓等大量信息, 是大气遥感的重要组成部分。设计了一种32×32甚长波红外焦平面阵列, 采用在ZnCdTe衬底上液相外延生长的As掺杂p型材料上进行B+离子注入形成光敏元, 通过铟柱倒焊技术和带有改进型背景抑制结构的读出电路互联, 制成截止波长达到14 μm的焦平面器件。该红外焦平面器件像元面积为60 μm×60 μm, 工作温度在50 K温度下。测试结果显示: 读出电路性能良好, 焦平面黑体响应率达到1.35×107 V/W, 峰值探测率为2.57×1010 cmHz1/2/W, 响应率非均匀性约为45%, 盲元率小于12%。
碲镉汞 甚长波 红外焦平面 读出电路 背景抑制 HgCdTe VLW IRFPA ROIC background suppression 红外与激光工程
2017, 46(5): 0504001
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
采用富碲垂直液相外延技术实现了50 mm×50 mm×3高性能碲镉汞外延材料的制备.外延工艺的样品架采用了三角柱体结构, 并设计了防衬底背面粘液的样品夹具.为保证大面积材料的均匀性, 工艺中加强了对母液温度均匀性和组分均匀性的控制, 50 mm×50 mm外延材料的组分均方差达到了0.000 4, 厚度均方差达到了0.4 μm.在批量生产技术中, 加强了对单轮次生长环境的均匀性和生长轮次之间生长条件一致性的控制, 同一轮次生长的3片材料之间的组分偏差小于0.000 4, 厚度偏差小于0.1 μm, 不同生长轮次之间材料的组分之间的波动在±0.002左右, 厚度之间的波动在±2 μm左右.工艺中对碲锌镉衬底的Zn组分、缺陷尺寸和缺陷密度也加强了控制, 以控制大面积外延材料的缺陷, 晶体双晶衍射半峰宽(FWHM)小于30弧秒, 外延材料的位错密度小于1×105 cm-2, 表面缺陷密度小于5 cm-2.外延材料经过热处理后, 汞空位型的P型Hg0.78Cd0.22Te外延材料77 K温度下的载流子浓度被控制在8 ~ 20×1015 cm-3, 空穴迁移率大于600 cm2/Vs.材料整体性能和批生产能力已能满足大规模碲镉汞红外焦平面探测器的研制需求.
碲镉汞 液相外延 大尺寸 高性能 HgCdTe LPE large size high performance
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
碲锌镉晶体中存在着各种典型晶体缺陷, 其缺陷研究一直倍受关注, X射线衍射形貌术是一种非破坏性地研究晶体材料结构完整性、均匀性的有效方法.采用反射式X射线衍射形貌术对碲锌镉衬底的质量进行了研究, 并将衬底的X射线衍射形貌与Everson腐蚀形貌进行了对比分析, 碲锌镉衬底的X射线衍射形貌主要有六种特征类型, 分别对应不同的晶体结构或缺陷, 包括均匀结构、镶嵌结构、孪晶、小角晶界、夹杂、表面划伤, 对上述特征类型进行了详细的分析.目前, 衬底的X射线衍射形貌主要以均匀结构类型为主, 划伤和镶嵌结构缺陷基本已消除, 存在的晶体缺陷主要以小角晶界为主.通过对比分析碲锌镉衬底和液相外延碲镉汞薄膜的X射线衍射形貌, 发现小角晶界等晶体结构缺陷会延伸到外延层上, 碲锌镉衬底质量会直接影响碲镉汞外延层的质量, 晶体结构完整的衬底是制备高质量碲镉汞外延材料的基础.
X射线衍射形貌术 X光貌相 腐蚀形貌 碲锌镉 晶体缺陷 X-ray diffraction topography X-ray topography Etched surface morphology CdZnTe crystal defects
