量子阱640×480红外探测器用IDCA组件的研制VIP免费

低温与超导第36卷第6期低温技术CryogenicsCryo．&Supereond．V01．36No．6量子阱640X480红外探测器用IDCA组件的研制朱魁章，仰叶(中国电子科技集团公司第十六研究所，合肥230043)摘要：描述了量子阱640×480低温红外探测器用IDCA组件的研制和集成，包括斯特林制冷机的选择、杜瓦的设计、芯片封装和组件的试验结果与分析，组件可靠性设计，给出了量子阱640×480用IDCA组件的主要性能参数。关键词：热工学；制冷；集成制冷机；红外探测器；杜瓦；IDCA；量子阱640x480Developmentofquantumwell640X480infareddetectorforIDCAZhukuizhang，YangYe(The16thInstituteofChinaElectronicsTechnologyGroupCorporation，Hefei230043，China)Abstract：Thepaperdescribestheintegrationofquantumwell640×480infareddetector—dewarandStirlingcryocooler．Thecontentmainlyincludes：choiceofStirlingcryocooler，designofthedewar，encapsulationofthechip，dataandanalysisaboutIDEA’8experimentsanddesignofIDCA’Sreliability．Thepaperalsodefinesthecapabilityparameterofthesubassembly．Keywords：Pymlogy，Refrigeration，Stirlingcryocooler，Infareddetector，Dewar，IDCA(IntegratedDewarCoolerAssem—bly)。Quantumwell64O×4801引言量子阱红外焦平面器件是二十世纪80年代先进的薄膜生长技术和微电子技术相结合的产物，利用薄膜生长技术MBE、MOCVD交替生长作为势阱层的GaAs材料和势垒层的A1GaAs材料，通过改变量子阱宽度和势垒高度对带隙宽度进行人工剪裁，从而可以方便地获得6—20响应的量子阱红外探测器。在当前的大面阵红外探测器件中量子阱与传统的HgCdTe红外探测器相比具有以下优点：(1)波长连续可调。通过调解量子阱宽度和势垒高度可以方便获得3—20的响应，尤其在大于14的超长波领域。(2)GaAs材料生长和器件制备技术成熟，可以获得大面积、均匀性好、低成本、高性能的大面阵量子阱红外焦平面。(3)光谱响应带宽窄，可控制在1，不同波段之间的光学串音小。因此，特别适宜制备双色、多色焦平面器件。(4)抗辐射，特别适宜天基红外探测及其应用。自15年前的B．F．Levine第一个应用GaAs／A1GaAs量子阱材料制备了峰值波长8．3、探测率为1．6X10的红外探测器，由此掀起了对量子阱红外探测器的研究热潮，不断向大面阵、高温、双色和多色方向发展。目前，中等规模的320X240和全电视制式的640X480单色和双色焦平面器件在美国、德国和法国等发达国家都已经产品化，以美国NASA／ARL联合研制的大面阵1024X1024焦平面和NASA／JPL研制的640×512四色焦平面代表了当今最高研究水平。现在GaAs材料工艺已经很成熟，利用该工艺可以实现大面阵量子阱红外器件，而且成品率可以大幅度提高，器件成本大幅度降低。除了用于国防装备外，还可以广泛用于消防安全、电力输送、矿山安全、医疗诊断等国民经济各个领域。文章介绍了量子阱640X480红外探测器、杜瓦和斯特林制冷机集成组件——IDCA组件的研制和试验结果。2制冷机的选择为了组件结构紧凑，选用旋转式集成斯特林制冷机，制冷机的冷量是根据器件工作时产生的收稿日期：2008—06—16作者简介：朱魁章(1962一)，男，高级工程师，主要从事低温制冷与真空技术的研究。维普资讯http://www.cqvip.com第6期低温技术Cryogenics·5·热量与杜瓦的静态热负载之和来确定。杜瓦的静态热负载包括固体漏热、辐射漏热和残余气体漏热，计算的环境温度为23℃，计算结果如下：(1)固体漏热量子阱640×480红外探测器采用集成杜瓦，制冷机的冷指就是集成杜瓦的内胆，固体漏热包括冷指和信号引线两部分的固体漏热。1)冷指的固体漏热冷指材料为304号不锈钢，尺寸为中6．4ram×0．15mm×42．28mm，导热系数=12．3w／m·K，量子阱探测器工作温度为68K左右，根据固体传热公式：r1"2Q=孚IA()d，刀式中：Q冷指的固体漏热，roW；A：冷指的横截面积，In；：冷指的有效长度，m；A(T)：冷指材料的导热系数，W·m／s。由上式得：Q=198．68mW2)引线的传导漏热信号引线采用一种低导热系数，且具有较小电阻率的材料，引线尺寸为伽．025mm，引线根数为2O根，其引线的固体漏热为：Q=30...