硅基阻挡杂质带红外探测器优化及其深低温读出电路探究
发布时间：2021-12-17 21:17
深空探测和红外天文技术需要高性能的长波红外探测器,而我国在这方面相对落后。阻挡杂质带（Blocked Impurity Band,BIB）探测器具有响应波段宽、响应率高、响应速度快、易于大规模制备及方便读出等优点,成为过去三十年天文探测覆盖中红外和远红外波段的首选红外探测器。硅基BIB探测器具有与CMOS工艺兼容,易于大规模制备和方便与读出电路互连等突出优点,尤其受到重视。目前硅基的BIB探测器国内还处于起步阶段,发展空间很大。本论文主要围绕硅基BIB探测器性能的优化及其深低温读出电路进行了研究和探索。通过实验和理论分析,优化了硅基BIB探测器的制造工艺和探测器的物理模型;从模拟和实验两方面对硅基外延BIB探测器的光吸收层进行了设计和优化,增强了光吸收;对深低温读出电路的基本结构单元进行了设计并测试。以下是3个方面的主要创新成果:1.制备了硅掺磷和硅掺砷的离子注入型BIB探测器,两者探测率都达到国外同类器件报道的1013cm?Hz1/2/W量级。硅掺磷BIB探测器工作温度在5 K,工作偏压为-2.3 V时,探测器响应波段2.5～40μm,峰值...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)上海市
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
电磁波谱[1]
硅基阻挡杂质带红外探测器优化及其深低温读出电路探究2而辐射的电磁波强度和波长都和物质的温度有关，地球上大部分物质辐射的电磁波峰值波长一般都处于红外波段[1,3]。红外热成像是通过获取物体自身辐射的红外光来成像，不需要额外的光源，是一种重要的观测物体的方法[2]。与可见光相比，红外光的波长较长，所以其穿透能力较强。由于红外辐射的独特特性和优势，红外探测技术在军事和民用领域有很大的用处。在军事领域，基于红外辐射理论，研制出了简单方便的红外夜视仪，解决了夜视问题，取得了广泛的应用。红外也可以应用于红外侦察与预警、监视、测距、跟踪与制导、光电对抗和通讯等领域[5]。传统上，经常将红外技术和控制功能相联系，最常用的家用电器遥控器就是工作在红外波段。随着红外技术的发展，红外技术越来越多地运用在民用领域，如全球环境污染监测、气候变化、农作物产量的长期预测、化学工艺监控、傅里叶变换红外光谱术、汽车驾驶[6-9]、红外天文学、空间遥感[10-12]和医学诊断等领域[1]。图1.2形象的展示了红外探测技术在日常生活中的应用。图1.2红外探测器的应用领域[1]Figure1.2Applicationsofinfrareddetectors[1]人体也像其它物体一样，不断向外发射电磁波。室温下，正常人体约36.5℃，大约310K，根据红外辐射理论它的峰值波长在9~10μm范围。红外辐射波段在人眼可观测范围之外，但是由于红外热效应的存在，人体的皮肤有时能够感受到红外光。相比于可见光，红外辐射需要特制的仪器进行测量和表征。最早的红外
大气透过窗口[1,4]
【参考文献】：
期刊论文
[1]离子注入型硅掺砷阻挡杂质带长波红外探测器的研究[J]. 王超,李宁,戴宁,石旺舟,胡古今. 红外与毫米波学报. 2020(03)
[2]用于远红外探测的Si:P阻挡杂质带红外探测器研制[J]. 廖开升,李志锋,王超,李梁,周孝好,李宁,戴宁. 红外与毫米波学报. 2016(01)
[3]高剂量As离子注入对高阻Si电学特性的影响[J]. 朱贺,张兵坡,王淼,胡古今,戴宁,吴惠桢. 物理学报. 2014(13)
[4]天文用阻挡杂质带红外探测器[J]. 廖开升,刘希辉,黄亮,李志锋,李宁,戴宁. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2014(04)
[5]亚微米CMOS低温特性与物理建模[J]. 袁红辉,陈永平,陈世军,刘强,徐星. 低温物理学报. 2013(04)
[6]红外探测器的最新进展[J]. 陈长水,刘荣挺,刘颂豪. 大气与环境光学学报. 2013(01)
[7]碲镉汞材料非本征掺杂研究的发展[J]. 王忆锋,刘黎明,余连杰,胡为民. 红外. 2012(01)
[8]A cryogenic SAR ADC for infrared readout circuits[J]. 赵宏亮,赵毅强,张之圣. 半导体学报. 2011(11)
[9]红外光子探测器与热探测器性能分析[J]. 曾戈虹. 红外技术. 2011(09)
[10]表面等离激元研究新进展[J]. 王振林. 物理学进展. 2009(03)
博士论文
[1]第三代像增强器研究[D]. 李晓峰.中国科学院西安光学精密机械研究所 2001
硕士论文
[1]InAs/GaSb超晶格光伏型红外探测器研究[D]. 董瑞.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3540959
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)上海市
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
电磁波谱[1]
硅基阻挡杂质带红外探测器优化及其深低温读出电路探究2而辐射的电磁波强度和波长都和物质的温度有关，地球上大部分物质辐射的电磁波峰值波长一般都处于红外波段[1,3]。红外热成像是通过获取物体自身辐射的红外光来成像，不需要额外的光源，是一种重要的观测物体的方法[2]。与可见光相比，红外光的波长较长，所以其穿透能力较强。由于红外辐射的独特特性和优势，红外探测技术在军事和民用领域有很大的用处。在军事领域，基于红外辐射理论，研制出了简单方便的红外夜视仪，解决了夜视问题，取得了广泛的应用。红外也可以应用于红外侦察与预警、监视、测距、跟踪与制导、光电对抗和通讯等领域[5]。传统上，经常将红外技术和控制功能相联系，最常用的家用电器遥控器就是工作在红外波段。随着红外技术的发展，红外技术越来越多地运用在民用领域，如全球环境污染监测、气候变化、农作物产量的长期预测、化学工艺监控、傅里叶变换红外光谱术、汽车驾驶[6-9]、红外天文学、空间遥感[10-12]和医学诊断等领域[1]。图1.2形象的展示了红外探测技术在日常生活中的应用。图1.2红外探测器的应用领域[1]Figure1.2Applicationsofinfrareddetectors[1]人体也像其它物体一样，不断向外发射电磁波。室温下，正常人体约36.5℃，大约310K，根据红外辐射理论它的峰值波长在9~10μm范围。红外辐射波段在人眼可观测范围之外，但是由于红外热效应的存在，人体的皮肤有时能够感受到红外光。相比于可见光，红外辐射需要特制的仪器进行测量和表征。最早的红外
大气透过窗口[1,4]
【参考文献】：
期刊论文
[1]离子注入型硅掺砷阻挡杂质带长波红外探测器的研究[J]. 王超,李宁,戴宁,石旺舟,胡古今. 红外与毫米波学报. 2020(03)
[2]用于远红外探测的Si:P阻挡杂质带红外探测器研制[J]. 廖开升,李志锋,王超,李梁,周孝好,李宁,戴宁. 红外与毫米波学报. 2016(01)
[3]高剂量As离子注入对高阻Si电学特性的影响[J]. 朱贺,张兵坡,王淼,胡古今,戴宁,吴惠桢. 物理学报. 2014(13)
[4]天文用阻挡杂质带红外探测器[J]. 廖开升,刘希辉,黄亮,李志锋,李宁,戴宁. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2014(04)
[5]亚微米CMOS低温特性与物理建模[J]. 袁红辉,陈永平,陈世军,刘强,徐星. 低温物理学报. 2013(04)
[6]红外探测器的最新进展[J]. 陈长水,刘荣挺,刘颂豪. 大气与环境光学学报. 2013(01)
[7]碲镉汞材料非本征掺杂研究的发展[J]. 王忆锋,刘黎明,余连杰,胡为民. 红外. 2012(01)
[8]A cryogenic SAR ADC for infrared readout circuits[J]. 赵宏亮,赵毅强,张之圣. 半导体学报. 2011(11)
[9]红外光子探测器与热探测器性能分析[J]. 曾戈虹. 红外技术. 2011(09)
[10]表面等离激元研究新进展[J]. 王振林. 物理学进展. 2009(03)
博士论文
[1]第三代像增强器研究[D]. 李晓峰.中国科学院西安光学精密机械研究所 2001
硕士论文
[1]InAs/GaSb超晶格光伏型红外探测器研究[D]. 董瑞.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3540959
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