1 哈尔滨理工大学理学院，黑龙江哈尔滨150080
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海200083
3 中国科学院上海微系统与信息技术研究所，上海200050
短波红外铟镓砷(InGaAs)探测器材料的表面缺陷是发展大规模小像元焦平面阵列的核心问题之一，其中与衬底晶格失配的延伸波长探测器材料的表面缺陷控制起来尤为困难。优化了分子束外延(Molecular Beam Epitaxy, MBE) In束源炉的温度设置。结果表明，In炉上下温差为130℃时所生长的短波红外晶格失配In0.83Ga0.17As材料的表面缺陷密度最小，由此有效地将材料的表面缺陷密度由3000 cm-2左右降至约500 cm-2。结合短波红外晶格失配InGaAs材料的室温光致发光测试，经分析可知，In束源炉上下温差存在最优值的现象是由于In金属液滴和炉子顶部杂质引起卵形缺陷这两种机制的共同作用而引起的。本文制备的低缺陷密度晶格失配InGaAs探测器材料为发展高性能延伸波长短波红外焦平面阵列打下了基础。
短波红外 延伸波长 InGaAs探测器材料 表面缺陷 分子束外延 short.wave infrared extended.wavelength InGaAs detector material surface defect molecular beam epitaxy
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
4 复旦大学, 上海 200433
采用ICP(inductively coupled plasma etching)刻蚀与湿法腐蚀相结合的方式, 研制了像元中心距为10 μm、截止波长2.6 μm的p-i-n型10 × 10元延伸波长InGaAs探测器.不同温度下的电流—电压特性研究和激活能分析, 显示了器件优异的暗电流特性.在室温下, -10 mV偏压时器件的暗电流和优质因子R0A分别为0.45 nA和14.7 Ω·cm2, 量子效率可达到63%.为了证实像元中心距减小并未影响器件性能, 与同种材料中心距30 μm的InGaAs焦平面阵列进行了对比分析.相似的实验结果进一步证明了工艺的可行性, 对今后实现高密度、大面阵延伸波长InGaAs探测器具有重要的指导意义.
延伸波长 InGaAs探测器 小像元 暗电流密度 量子效率 extended wavelength InGaAs detector small pixel dark current density quantum efficiency
1 南通大学 电子信息学院, 江苏 南通 226019
2 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料和器件重点实验室, 上海 200083
为了研究延伸波长In0.8Ga0.2As PIN 短波红外探测器的温度响应光电特性, 采用闭管扩散的平面型器件工艺, 在金属有机化学气相外延(MOCVD)外延生长的NIN型InAs0.6P0.4/In0.8Ga0.2As/ InAs0.6P0.4 buf./InP材料上制备了正照射延伸波长256×1线列InGaAs红外焦平面探测器, 研究了探测器在不同温度下的I-V特性、光谱响应特性和探测率。结果表明, 随着温度的降低, 在小偏压下, 器件的正向暗电流由产生复合电流为主逐渐变为以扩散电流为主。在260~300 K温度范围内, 反向电流主要由扩散电流和产生复合电流组成, 当温度低于180 K时, 器件的反向电流主要为隧穿电流。室温下器件响应截止波长和峰值波长分别为2.57 μm和2.09 μm, 峰值探测率为7.25×108 cm·Hz1/2/W, 峰值响应率为0.95 A/W, 量子效率为56.9%。焦平面的峰值探测率在153 K达到峰值, 约为1.11×1011 cm·Hz1/2/W, 响应非均匀性为5.28%。
延伸波长 红外焦平面 变温 extended-wavelength InGaAs InGaAs IRFPA temperature-dependent 红外与激光工程
2018, 47(5): 0504004
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
为了研究延伸波长In0.83Ga0.17As pin光电二极管的暗电流机制。采用两种不同工艺制备了台面型延伸波长In0.83Ga0.17As pin光电二极管。第一种工艺(M135L-5)是: 台面刻蚀后进行快速热退火(RTA)。第二种工艺(M135L-3)是: 台面刻蚀前进行快速热退火(RTA)。采用IV测试, 周长面积比(P/A), 激活能和暗电流成分拟合方法对器件暗电流机制进行分析。结果显示, 在220~300 K之间,M135L-3器件暗电流低于M135L-5器件的, 并且具有较低表面漏电流。在-0.01~-0.5 V之间和220~270 K之间, M135L-5器件的暗电流主要是扩散电流。在250~300 K之间, M135L-3器件的暗电流主要是扩散电流, 而在-0.01~-0.5 V之间和220~240 K之间, 其暗电流主要是产生复合电流和表面复合电流。与此同时, 暗电流成分拟合结果也得出一致的结论。研究表明, 在降低器件暗电流方面, M135L-3器件优于M135L-5器件,这主要是因为快速热退火降低了器件的体电流。
快速热退火 延伸波长 暗电流 rapid thermal annealing extended wavelength InGaAs InGaAs dark current 红外与激光工程
2016, 45(5): 0520002
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 中国科学院大学，北京 100049
截止波长为2.5μm的延伸波长InGaAs探测器在航天航空遥感等领域有着重要应用。由于晶格失配，相同温度下它的暗电流比截止波长为1.7μm的常规InGaAs探测器高2~3个数量级。从焦平面的耦合接口出发，研究了一种新型的Autozero输入级电路，通过大幅降低输入失调电压来减小耦合接口处延伸波长InGaAs器件的偏置电压和暗电流。在CTIA采样反馈回路中设计了一种双电源电压工作的反相器，通过消除开关管两端电压差抑制了非理想开关漏电对采样失调电压的影响。分析了输入端采样电容和失调电压的关系，优化设计后仿真实现了16.5μV的低失调电压。
延伸波长 暗电流 失调电压 自调零 开关漏电流 extended-wavelength dark current offset voltage autozero switch leakage
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 中国科学院研究生院，北京100039
在理论上分析了红外焦平面组件中光敏元、读出电路以及两者耦合的总噪声特性，对大周长面积比（38×500 μm2）延伸波长InGaAs组件的噪声与温度、积分时间的关系进行了实验和分析.实验结果指出，在一定条件下组件噪声与积分时间的根号并不成正比.测量了不同温度下的组件暗信号、噪声，得到组件噪声与暗电流的关系，分析表明，该种组件噪声主要来自于1/f噪声及读出电路输入级电流噪声.
延伸波长铟镓砷 焦平面噪声 积分时间 extended wavelength InGaAs focal plane array noise integral time
