采用液相外延（LPE）生长的中波Hg Cd Te薄膜,基于B离子注入n-on-p平面结技术,制备了LBIC测试结构和I-V测试芯片并进行了相应的测试和分析。LBIC测试结果表明,Hg Cd Te pn结实际结区尺寸扩展4～5μm,这主要与光刻、B离子注入以及注入后低温退火等器件工艺有关。二极管器件C-V和I-V特性研究表明,所制备的Hg Cd Te pn结不是突变结也不是线性缓变结。中波Hg Cd Te二极管器件最高动态阻抗大于30 GΩ,器件优值R0A高达1.21×10^5Ωcm^2,表现出较好的器件性能。
采用不同工艺制备了中波碲镉汞(Hg Cd Te)雪崩二极管(APD)器件,利用不同方法对其结特性和增益随偏压变化关系进行了表征,并基于Beck模型和肖克莱解析式进行了拟合分析.结果表明,不同工艺制备的APD器件饱和耗尽区宽度分别为1. 2μm和2. 5μm,较宽的耗尽层有效抑制了高反偏下器件的隧道电流,器件有效增益则从近100提高至1 000以上.用肖克莱解析式拟合Hg Cd Te APD器件增益-偏压曲线,获得了较好的效果.拟合结果与Sofradir公司的J. Rothman的报道相似.
随着红外技术的发展,探测器的尺寸、重量和功耗(SWaP)的减小已成为研究热点。像元尺寸的减小,一方面可以提高器件的分辨率,另一方面可以减小整个探测器系统的体积、重量和功耗,进而大大节约成本。因此,像元尺寸的减小成了研究的重点。本文介绍了小像元红外焦平面器件的技术难点,分别从系统的调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)、噪声等效温差(Noise Equivalent Temperature Difference,NETD)、像元结构和像元集成互连方面进行了讨论。此外,介绍了国外像元中心距为12μm、10μm、8μm和5μm的HgCdTe红外焦平面探测器的研究进展。
研制出一款小像元10μm中心距红外焦平面探测器CMOS(complementary metal oxide semiconductor)读出电路ROIC(read out integrated circuit)。读出电路设计包括积分后读出(integration then reading,ITR)和积分同时读出(integration while reading,IWR)模式,ITR模式下有2档增益,电荷满阱容量分别为4.3 Me^(−)和1.6 Me^(−),其他功能包括抗晕、串口功能控制以及全芯片电注入测试功能。读出电路采用0.18μm工艺,电源电压3.3 V,测试结果表现出良好的性能:在77 K条件下,全帧频100 Hz,读出电路噪声小于0.2 mV。本文介绍了该款读出电路设计的基本架构,分析了在小的积分电容下电路抗干扰能力的设计。在测试过程中,发现了盲元拖尾现象,分析了拖尾现象产生的原因,为解决拖尾现象设计了抗晕管栅压产生电路,最后给出了整个电路的测试结果。
