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II类超晶格中波红外焦平面探测器

行业分类:微电子地区:0联系人:王炫名

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新一代红外焦平面探测器目前世界上还没有明确的定义,但是其应当具有以下三个个明显特征:1、高分辨率多波长探测的制冷焦平面;2、制造成本大幅度降低;3、无源探测。与前代红外探...

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新一代红外焦平面探测器目前世界上还没有明确的定义,但是其应当具有以下三个个明显特征:1、高分辨率多波长探测的制冷焦平面;2、制造成本大幅度降低;3、无源探测。与前代红外探测器相比,更强调多色探测,以及性能和成本之间的平衡。新一代红外探测器的等效噪声温差(NETD)应在1mK~10mK,InAs/GaSb II类超晶格材料可以满足以上各个条件,经过很多机构对高质量超晶格材料的研究,验证了这种材料可以应用的新一代红外焦平面探测器,并在实际使用中获得了良好的效果。近年来InAs/GaSb超晶格工艺方面已经有了非常大的进步,可以完成中、长、超长红外探测器,双色探测器,大面阵超大面阵探测器,性能已经超过了MCT探测器。相比其他材料为基础的红外探测器,超晶格探测器的优势十分明显。1、基于III-V族材料分子刷生长技术,大面积衬底上均匀性好,易于实现掺杂,无合金涨落等现象,利于大面积焦平面阵列的制作。2、能带结构带隙可调,通过调整InAs与GaSb各层的厚度,能够实现2um到30um任意探测波长。3、电子质量大、隧穿电流小。4、通过适当的材料设计可以增大重空穴带与轻空穴带带隙分离,从而实现抑制俄歇复合的作用,提高探测器的工作温度。InAs/GaSb材料具有很大的电子有效质量,可以获得与碲镉汞材料相当的吸收系数。InAs/GaSb超晶格红外探测器的性能需要优质的外延生长技术支持,要求原子级平整的界面,以及低的本底载流子浓度。II类超晶格的外延生长需要MBE设备,可以获得原子级平整的材料。外延片经过ICP刻蚀形成台面结感光像素,然后用铟柱倒装焊技术将刻蚀好的台面结构与硅读出电路互联。然后用机械研磨、湿法化学抛光、湿法化学刻蚀等技术将衬底减薄到20um。超晶格探测器的有源区只需要很小厚,不需要像碲铬汞要求15um以上的厚度,有源区薄大大降低了技术上的难度,减小生产成本,提高成品率。InAs/GaSb类超晶格材料不仅可以作为优良的红外焦平面探测器使用,还可以成为高性能的长波红外线激光源。在光纤通信中发现,波长大于4um的激光在光纤中的衰减比目前1.5um波长激光要小很多,因此各技术强国都在尝试长波红外激光源的产品开发。InAs/GaSb超晶格结很容易获得这一波长的激光,成为产品也比较容易。