碲镉汞双色微台面芯片的成形技术
发布时间：2022-01-13 11:35
双色碲镉汞（HgCdTe）红外探测器是第三代红外探测器的重要发展方向之一。纵向叠层的双色红外探测器需要高深宽比的台面实现像元的电学隔离或凹槽显露像元内短波长pn结工艺空间。本文重点研究HgCdTe双色微台面与微凹槽芯片的成形技术,具体研究内容如下:1.完成了可计算HgCdTe双色红外探测器I-V特性和光谱响应的仿真。获得了具有宽禁带组分渐变层结构器件的暗电流特性,解释了宽禁带组分渐变层可有效抑制器件表面漏电的机理,优化设计了具有更低暗电流水平的组分渐变层双色器件。2.发展了HgCdTe双色探测器芯片成形技术。建立了适合低温干法刻蚀HgCdTe的掩膜工艺,形成了高深宽比、低损伤的ICP刻蚀技术,刻蚀深宽比2.6,刻蚀反型损伤层厚度小于20 nm。实现了ICP刻蚀技术对金属化开口前钝化层的刻蚀和芯片表面清洁的拓展应用。3.研究了HgCdTe双色探测器芯片的暗电流和光谱特性。对比了不同热处理方式双色材料的暗电流特性和响应光谱,双色器件的暗电流与仿真结果相吻合。建立了光谱响应异常与双色探测器芯片的刻蚀深度等工艺参数的对应关系。4.制备了30μm中心距、320×256中\长...
【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】：
大气红外透射窗口[3]
第1章绪论5HgCdTe材料用于研制红外探测器主要优点总结如下：1)可调节禁带宽度，使得探测范围覆盖整个红外波段；2)直接带隙半导体材料，光吸收系数大，器件芯片厚度10μm~15μm时，内量子效率接近100%；3)载流子迁移率高，探测器响应速度快；4)本征复合机制使载流子寿命长及热产生率低，器件可在较高温度下工作；5)晶格常数变化小，可利用液相外延、分子束外延、金属有机化学气相沉积等方法制备薄膜材料、制备高质量的外延异质结构，位错密度可低至104~105cm-2；6)可以通过钝化减小表面复合速率，提高器件性能；7)热膨胀系数与Si接近，可以与Si读出电路倒焊互连。1.3碲镉汞双色探测器图1.3HgCdTe红外探测器的发展趋势[7]Figure1.3DevelopmenttrendsofHgCdTeinfrareddetectors如图1.3，第一代红外探测器为点或线列型探测器，通过逐行扫描成像；到了第二代则已经形成了红外焦平面阵列器件（Infraredfocalplanearray，IRFPA）（图1.4），凝视成像。一般认为第三代红外探测器相比二代红外探测器具备更多像元数量、更小像元中心距、更小噪声等效温差（NETD）、更快成像速度、多波段探测和更多的片上集成信号处理功能，甚至做成系统级芯片（System-on-
碲镉汞双色微台面芯片的成形技术6a-Chip，SoC）。多波段探测功能有利于高级红外成像系统强化目标探测和识别能力。例如，对中、长波双色探测器而言，中波波段在较高湿度环境中可以提供更远的探测距离，在增加识别距离时能提供更好的空间分辨率；相较而言，长波波段更适合于捕捉高速运动中的目标，也能更好地穿透烟雾[2]。第四代红外探测器则具备探测更多维度信息的功能，例如更多波段、光偏振信息、光相位信息等。第三代及第四代红外焦平面探测技术都致力于发展小尺寸（Size）、轻量化（Weight）、低功耗（Powerconsumption）、高性能（Performance）和低成本（Price）的SWaP3（Size,Weight,andPower+Performance+Price）器件[8-12]。图1.4IRFPA和硅读出电路倒焊混成芯片[13]Figure1.4HybridizationofIRFPAandROIC1.3.1HgCdTe双色探测器类型多色探测，即多波段探测，指能够对多个波段进行探测。HgCdTe多色探测器材料上一般采用多层异质结叠层生长的结构（见图1.5）相对而言，由上至下，第一层吸收短波红外第二层吸收中波红外，第三层吸收长波红外，每层吸收小于各自截止波长前的红外辐射，大于截止波长的红外辐射则透过到下一吸收层。与通过光学系统将不同探测波段分开再在不同探测器阵列上进行探测的传统方法相比，单片集成多色探测不存在对不同阵列空间对准和时间配准的问题，从而能
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于nBn势垒阻挡结构的碲镉汞高温器件[J]. 覃钢,夏菲,周笑峰,洪秀彬,李俊斌,杨春章,李艳辉,常超,杨晋,李东升. 红外技术. 2018(09)
[2]同时模式的中波/长波碲镉汞双色红外探测器[J]. 叶振华,李杨,胡伟达,陈路,廖亲君,陈洪雷,林春,胡晓宁,丁瑞军,何力. 红外与毫米波学报. 2012(06)
[3]128×128短波/中波双色红外焦平面探测器[J]. 叶振华,尹文婷,黄建,胡伟达,陈路,廖亲君,陈洪雷,林春,胡晓宁,丁瑞军,何力. 红外与毫米波学报. 2010(06)
博士论文
[1]锑化物超晶格红外探测器研究[D]. 靳川.中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所) 2017
[2]碲镉汞红外焦平面探测器的无损成形技术研究[D]. 陈奕宇.中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所) 2017
本文编号：3586345
【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】：
大气红外透射窗口[3]
第1章绪论5HgCdTe材料用于研制红外探测器主要优点总结如下：1)可调节禁带宽度，使得探测范围覆盖整个红外波段；2)直接带隙半导体材料，光吸收系数大，器件芯片厚度10μm~15μm时，内量子效率接近100%；3)载流子迁移率高，探测器响应速度快；4)本征复合机制使载流子寿命长及热产生率低，器件可在较高温度下工作；5)晶格常数变化小，可利用液相外延、分子束外延、金属有机化学气相沉积等方法制备薄膜材料、制备高质量的外延异质结构，位错密度可低至104~105cm-2；6)可以通过钝化减小表面复合速率，提高器件性能；7)热膨胀系数与Si接近，可以与Si读出电路倒焊互连。1.3碲镉汞双色探测器图1.3HgCdTe红外探测器的发展趋势[7]Figure1.3DevelopmenttrendsofHgCdTeinfrareddetectors如图1.3，第一代红外探测器为点或线列型探测器，通过逐行扫描成像；到了第二代则已经形成了红外焦平面阵列器件（Infraredfocalplanearray，IRFPA）（图1.4），凝视成像。一般认为第三代红外探测器相比二代红外探测器具备更多像元数量、更小像元中心距、更小噪声等效温差（NETD）、更快成像速度、多波段探测和更多的片上集成信号处理功能，甚至做成系统级芯片（System-on-
碲镉汞双色微台面芯片的成形技术6a-Chip，SoC）。多波段探测功能有利于高级红外成像系统强化目标探测和识别能力。例如，对中、长波双色探测器而言，中波波段在较高湿度环境中可以提供更远的探测距离，在增加识别距离时能提供更好的空间分辨率；相较而言，长波波段更适合于捕捉高速运动中的目标，也能更好地穿透烟雾[2]。第四代红外探测器则具备探测更多维度信息的功能，例如更多波段、光偏振信息、光相位信息等。第三代及第四代红外焦平面探测技术都致力于发展小尺寸（Size）、轻量化（Weight）、低功耗（Powerconsumption）、高性能（Performance）和低成本（Price）的SWaP3（Size,Weight,andPower+Performance+Price）器件[8-12]。图1.4IRFPA和硅读出电路倒焊混成芯片[13]Figure1.4HybridizationofIRFPAandROIC1.3.1HgCdTe双色探测器类型多色探测，即多波段探测，指能够对多个波段进行探测。HgCdTe多色探测器材料上一般采用多层异质结叠层生长的结构（见图1.5）相对而言，由上至下，第一层吸收短波红外第二层吸收中波红外，第三层吸收长波红外，每层吸收小于各自截止波长前的红外辐射，大于截止波长的红外辐射则透过到下一吸收层。与通过光学系统将不同探测波段分开再在不同探测器阵列上进行探测的传统方法相比，单片集成多色探测不存在对不同阵列空间对准和时间配准的问题，从而能
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于nBn势垒阻挡结构的碲镉汞高温器件[J]. 覃钢,夏菲,周笑峰,洪秀彬,李俊斌,杨春章,李艳辉,常超,杨晋,李东升. 红外技术. 2018(09)
[2]同时模式的中波/长波碲镉汞双色红外探测器[J]. 叶振华,李杨,胡伟达,陈路,廖亲君,陈洪雷,林春,胡晓宁,丁瑞军,何力. 红外与毫米波学报. 2012(06)
[3]128×128短波/中波双色红外焦平面探测器[J]. 叶振华,尹文婷,黄建,胡伟达,陈路,廖亲君,陈洪雷,林春,胡晓宁,丁瑞军,何力. 红外与毫米波学报. 2010(06)
博士论文
[1]锑化物超晶格红外探测器研究[D]. 靳川.中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所) 2017
[2]碲镉汞红外焦平面探测器的无损成形技术研究[D]. 陈奕宇.中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所) 2017
本文编号：3586345
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