第39卷第4期激光与红外Vol.39,No.42009年4月LASER&INFRAREDApril,2009文章编号:100125078(2009)0420367205·综述与评论·双色碲镉汞红外焦平面探测器发展现状王成刚,孙浩,李敬国,朱西安(华北光电技术研究所,北京100015)摘要:主要介绍了双色碲镉汞红外焦平面阵列的应用需求和国外发展现状,对其工作模式、器件结构、器件制备的关键工艺技术、双色读出电结构进行了阐述说明。关键词:碲镉汞;红外焦平面阵列;双色探测器;分子束外延;台面刻蚀中图分类号:TN215文献标识码:ATrendsinTwo2colorInfraredFocalPlaneDetectorsofMCTWANGCheng2gang,SUNHao,LIJing2guo,ZHUXi2an(NorthChinaResearchInstituteofElectro2optics,Beijing100015,China)Abstract:Thispapergivesthestateofapplicationanddevelopmentofdouble2colordetectorofMCT,furthermore,givestheworkmode,structure,importanttechnologyofprocessofdetector、thestructureofreadoutintegratecircuit.Keywords:MCT;IRFPA;dualbanddetector;MBE;mesa2etch1引言随着红外技术的不断发展,先进的红外系统要求探测器具有更高的探测识别能力、具备双/多色同时探测能力、更加智能化,因此三代红外焦平面探测器的主要标志是:双/多色探测、超大规模凝视面阵、低成本制备等。其中,双/多色是三代器件的主要发展方向。碲镉汞(HgCdTe,MCT)材料由于具有量子效率高、可高温工作、响应波长随组份变化连续可调、不同组分晶格常数变化不大等显著优点,成为三代红外焦平面探测器件发展的重点之一[1]。双色红外探测器是三代红外探测器发展方向之一,能对双波段辐射信息进行处理,大大提高了系统抗干扰和目标识别能力,应用于导弹预警、红外侦察、成像制导等多种领域。国际上欧美等国家起步较早,于20世纪80年代末研制出双波段探测器,并很快应用于武器系统。早期双色结构多为镶嵌式,随着探测器技术向更大规模焦平面阵列(FPA)方向发展,也要求双色器件实现大阵列、焦平面结构以及数字化,而只有叠层式工艺才能实现这一目标,即单个像元能探测两个不同波段,当与先进的多色信息处理算法相结合时,双色红外探测器与单色探测器相比可以进一步提高探测灵敏度。2双色MCT红外焦平面探测器工作方式一般双色MCT探测器有两种探测模式:顺序探测模式和同时探测模式[2]。顺序探测模式:探测器开关时间可以很短,在微秒量级,通过在短波和长波方式之间的快速开关可以进行缓慢变化目标的探测。其优点如下:·像单色混合FPA一样,只有一个铟柱和每个单元相连;·与现有硅读出电路(ROIC)芯片兼容,适于常规的背照射工作;·每个单元只须一个读出模块,可以为高性能的读出提供空间;·简单的结构可以使单元更小(<40μm)、阵列更大;·在两个波段可以得到近乎100%的填充因子。顺序探测模式的缺点如下:它的结构形式不允许对每个光电二极管单独优选偏压值,在长波探测器中实际上有较大的短波串作者简介:王成刚(1977-)男,工程师,硕士,主要从事碲镉汞红外焦平面探测器技术研究。E2mail:wcgzxy77@126.com收稿日期:2008209205;修订日期:2008211206扰(所以器件形成的关键步骤是保证原位P型砷掺杂层有好的结构和电学性能,以防止内部增益产生光谱串扰)。顺序探测模式截面图如图1所示。图1顺序探测模式截面图同时探测模式的优点如下:·可以对双波段实现时间上同时和空间上同步探测;·如果不考虑器件设计和材料生长只考虑能带的话,那么对每个二极管选取适当的偏压,内部增益就会被有效抑制;·由于一般长波红外辐射比在中波(如10～12μm和3～5μm)强度高,长波积分时间也只能很短,这样信号积分的同时性就不可能真正发生,这时长波小的填充因子就对背景产生的电荷减少有利,也利于信号积分的同时性。同时探测模式截面图如图2所示。图2同时探测模式截面图同时探测模式的缺点如下:·这种台面结构为了进行金属连接而变得更复杂;·每个单元须加一个读出电路模块,造成ROIC设计时更加复杂;·为了给下面埋层提供电学接触而使结面积减少,这样长波填充因子会减少。3双色MCT红外焦平面探测器结构与性能二代MCT探测器阵列技术在20世纪70年代后期开始发展起来,在以后的十年里达到了量产的阶段,第一个混成结构演示是在70年代中期,探...
