基于非均匀性校正的长波光导红外探测器电路研究

发布时间：2020-07-19 08:42

【摘要】：在半导体技术发展的推动下,红外探测技术得到了突飞猛进的发展,第三代红外探测器的发展需求不断增加。在航天遥感领域,波长在10微米以上的长波探测器仍以HgCdTe光导型探测器为主,在红外探测成像方面发挥着重要作用,而当前光导型红外探测器的非均匀性问题突出,常规读出电路的动态范围过小,导致部分信号无法读出,因此非均匀性问题成为了红外探测成像技术的研究难点和重点。本文针对长波光导红外探测器非均匀性问题展开了深入研究,设计了一种数模混合的非均匀性校正的长波光导红外探测器读出电路。综合考虑了各种读出电路的输入级结构,采用反馈比较型的ADC和DAC的桥式输入结构,再经电阻反馈跨导运放结构输出,来获得均匀稳定的信号。校正读出电路由比较器,计数器,电阻网络和可调增益的电阻反馈跨导运放四个模块组成。第一章,首先介绍了红外探测器技术的分类和发展,以及光导探测器的原理和应用,其次叙述了红外探测器非均匀性校正的发展现状,分析了目前的各种片上校正方法,并对长波HgCdTe光导型探测器进行非均匀性问题测试和分析,说明了论文工作的目的和意义。第二章主要介绍读出电路设计的方法和流程。第三章,针对当前探测器非均匀性问题,提出了片上校正读出电路详细的设计方案和技术指标,并在0.5μm CMOS工艺平台完成了总体电路框架和四个校正模块的电路原理设计与仿真。第四章完成了版图设计和流片工作。第五章,对设计的电路进行了非均匀性校正仿真和分析,并对流片封装后的电路芯片进行了测试分析,最后对校正电路提出了改进方案。第六章总结了论文的主要工作内容和结论。经过仿真和测试表明,本论文设计的校正读出电路能使长波光导探测器电阻非均匀性从19%等价性地降为0.5%以下,读出信号非均匀性能从50%以上降至10%以下。该电路不仅可以有效地解决线列长波光导探测器电阻非均匀性问题,还对今后高性能大面阵长波红外光导探测器读出电路的设计具有重要指导意义。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN215
【图文】：

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图 1.1 红外成像探测系统框图Figure 1.1 Diagram of infrared imaging detection system目前，红外焦平面读出电路（readout integrated circuit, ROIC）都是以光伏型探测器为主，不同的探测器信号的类型不同，读出电路不能通用，大部分的光导探测器都是不带 ROIC 的器件，信号的读出和处理主要通过外围电子线路完成，对系统应用造成很大的限制[8]。1.1.1 红外探测技术的分类和发展

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图 1.1 红外成像探测系统框图Figure 1.1 Diagram of infrared imaging detection system红外焦平面读出电路（readout integrated circuit, ROIC）都主，不同的探测器信号的类型不同，读出电路不能通用，都是不带 ROIC 的器件，信号的读出和处理主要通过外围统应用造成很大的限制[8]。外探测技术的分类和发展

红外探测器,热电型,红外辐射,光电型

图 1.3 大气透射窗口[9]Figure 1.3 Atmospheric transmission window根据工作原理可将红外探测器划分为光电型和热电型红外探测器，其中光电型工作原理是红外辐射光子激发半导体材料电子跃迁，比如光伏型和光导型，以及量子阱红外探测器，雪崩光电二极管 APD 等[7]。其中光导型和光伏型的区别是：前者是光生伏特，通常由半导体 PN 结构成，后者是光生电导，不是基于 PN结结构，工作方式是本征或者非本征半导体，价带中的电子或者杂质束缚态的电子或空穴吸收光子使半导体电导率发生变化[7][12][13]，通常电阻较低，流过探测器的电流较大，可达毫安级别，热电型红外探测器原理是红外辐射热效应引起探测器材料温度变化，比如红外辐射热计[14][15][16]。根据工作温度的要求还可划分为制冷和非制冷型[7]。非制冷红外探测器主要用于军事和民用，以及一些简单的红外探测；而制冷型需要在低温下工作，设备

【参考文献】