航天用GaN基640×8元紫外焦平面探测器读出电路研究与设计

发布时间：2022-09-17 17:23

　　紫外探测技术在军用、民用两方面都有极为广阔的应用前景。近年来,随着半导体技术的飞速发展,第三代半导体技术日臻成熟,GaN基紫外探测器也得到了越来越多的关注。GaN是直接禁带半导体,禁带宽度大、热导率高、化学稳定性好、抗辐照能力强。通过调整GaN基三元合金化合物的掺杂元素和组分,其禁带宽度连续可调。GaN材料因此也成为了制备紫外探测器的理想材料,GaN基紫外探测器也成为了今年来研究的热点方向。GaN基紫外探测器具有量子效率高、成本低、体积小、抗震性好、抗辐照能力强等诸多优点。特别是它极低的带外响应性能,使其在系统应用时无需附加滤光片,这也使得GaN基紫外探测器在综合性能指标上得以超越传统的光电倍增管、微通道板及紫外增强型CMOS传感器等紫外探测器件。紫外焦平面探测器分为探测器阵列和读出电路两部分。读出电路主要作用是将紫外探测器产生的光电流进行前置放大,并通过多路传输传递至片外。同时,读出电路还需要能够为探测器提供稳定的偏压,并能够在片上进行噪声消除。因此,读出电路的性能将直接影响到紫外焦平面探测器的性能。在紫外探测系统中,读出电路具有极其重要的意义。近年来,紫外探测器读出电路的相关研究成... 

【文章页数】：126 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 紫外探测技术概述
        1.2.1 紫外探测技术的应用
        1.2.2 紫外探测器种类及发展现状
        1.2.3 GaN基紫外探测器及其研究状况
    1.3 紫外焦平面探测器与读出电路研究现状
        1.3.1 GaN基紫外焦平面发展历程
        1.3.2 读出电路发展现状及发展趋势
    1.4 本论文的内容安排、研究意义及创新点介绍
        1.4.1 研究内容及研究意义
        1.4.2 本论文的内容安排
        1.4.3 创新点介绍
第二章 输入级电路结构设计
    2.1 紫外探测器器件模型
        2.1.1 p-i-n紫外探测器原理
        2.1.2 器件结构及器件性能
        2.1.3 器件简化模型
    2.2 典型的读出电路输入级结构及其性能对比
        2.2.1 自积分结构(SI)
        2.2.2 直接注入结构(DI)
        2.2.3 源跟随器结构(SFD)
        2.2.4 栅调制输入(GMI)
        2.2.5 冲直接注入结构(BDI)
        2.2.6 容反馈跨阻放大器(CTIA)
        2.2.7 共缓冲直接注入结构(SBDI)
        2.2.8 开关电流积分结构(SCI)
        2.2.9 缓冲栅调制结构(BGMI)
        2.2.10 型读出电路输入级结构对比及本文方案确定
    2.3 CTIA输入级电路设计
        2.3.1 CTIA结构注入效率分析
        2.3.2 CTIA电路设计
第三章 640×8元读出电路设计
    3.1 电路结构设计
        3.1.1 读出电路整体架构
        3.1.2 相关双采样电路
        3.1.3 列级缓冲电路
        3.1.4 输出级缓冲器设计
        3.1.5 行选电路
        3.1.6 列选择电路
        3.1.7 读出电路功能仿真
    3.2 读出电路版图设计
        3.2.1 探测器倒焊电极
        3.2.2 CTIA输入级版图设计
        3.2.3 抗闩锁设计
        3.2.4 读出电路整体版图
第四章 焦平面器件测试及测试结果分析
    4.1 紫外焦平面器件参数测试方法
        4.1.1 紫外焦平面探测器测试系统
        4.1.2 紫外焦平面探测器性能参数及测试方法
        4.1.3 MTF测试方法及测试结果
    4.2 紫外焦平面器件测试结果及分析
        4.2.1 电学参数测量结果
        4.2.2 紫外焦平面探测器光谱响应及带外光谱抑制
        4.2.3 外量子效率分析
        4.2.4 线性度及噪声性能分析
第五章 读出电路抗辐照性能研究
    5.1 电离总剂量辐照
        5.1.1 抗辐照加固设计
        5.1.2 电离总剂量辐照实验及结果分析
    5.2 单粒子辐照
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于标准CMOS工艺的UV/blue光电探测器[J]. 董威锋,谢生,毛陆虹,廖建文,朱长举,乔静.  光子学报. 2017(09)
[2]星载多谱段双视场紫外大气探测仪[J]. 薛庆生.  光学精密工程. 2016(09)
[3]微弱日盲紫外电晕自动实时检测方法[J]. 周影,娄洪伟,周跃,毕琳,张鑫磊.  中国光学. 2015(06)
[4]海面溢油紫外推扫相机航空遥感监测校飞结果分析[J]. 尹达一,周青,黄小仙,张燕,李向阳.  海洋科学进展. 2014(02)
[5]283nm背照射p-i-n型AlGaN日盲紫外探测器[J]. 王晓勇,种明,赵德刚,苏艳梅.  红外与激光工程. 2013(04)
[6]一种便携式电晕检测紫外相机的设计[J]. 叶柏松,袁永刚,王继强,林子棋,李向阳.  红外. 2013(04)
[7]航天电子元器件抗辐照加固工艺[J]. 孙慧,徐抒岩,孙守红,张伟.  电子工艺技术. 2013(01)
[8]GaN基紫外探测器发展概况[J]. 刘万金,胡小燕,喻松林.  激光与红外. 2012(11)
[9]紫外探测器的辐射定标及标准传递[J]. 陈健,王伟国,高慧斌,刘廷霞,吉桐伯,于洪君.  中国光学. 2012(04)
[10]空间辐射环境诱发航天器故障或异常分析[J]. 薛玉雄,杨生胜,把得东,安恒,柳青,石红,曹洲.  真空与低温. 2012(02)

博士论文
[1]新结构GaN基p-i-n型紫外探测器及其光电特性研究[D]. 高博.西安电子科技大学 2011
[2]红外焦平面阵列CMOS读出电路研究[D]. 刘成康.重庆大学 2001

硕士论文
[1]GaN基p-i-n紫外探测器性能研究[D]. 韩孟序.西安电子科技大学 2014



本文编号：3679641