中长波InAsSb红外探测器国内外研究进展_孙常鸿
势垒型InAs-InAsSbⅡ类超晶格红外探测器研究进展(特邀)
势垒型InAs-InAsSbⅡ类超晶格红外探测器探究进展(特邀)摘要：势垒型InAs/InAsSbⅡ类超晶格红外探测器是一种应用于红外成像以及红外光谱仪等领域的光电传感器。
本文对势垒型InAs/InAsSbⅡ类超晶格红外探测器的探究进展进行了综述。
起首，介绍了InAs/InAsSbⅡ类超晶格的基本结构和电子能带结构特性。
然后，阐述了势垒型InAs/InAsSbⅡ类超晶格红外探测器的工作原理。
接着，总结了近年来在材料生长、器件结构设计、性能优化等方面的探究进展。
最后，对将来势垒型InAs/InAsSbⅡ类超晶格红外探测器的进步趋势进行展望。
关键词：势垒型InAs/InAsSbⅡ类超晶格，红外探测器，生长技术，器件结构，性能优化引言红外探测技术在军事、安防、工业监控、医学诊断等领域起着重要作用。
随着红外探测技术的进步，越来越多的探究者们关注于提高红外探测器的灵敏度、响应速度和工作温度等性能指标。
势垒型InAs/InAsSbⅡ类超晶格红外探测器由于其具有优异的电学和光学性能，在红外探测领域受到了广泛的关注。
1. InAs/InAsSbⅡ类超晶格的基本结构和电子能带结构特性InAs/InAsSbⅡ类超晶格由InAs和InAsSb两种材料的周期性堆叠组成。
InAs是一种广泛应用于红外探测器领域的半导体材料，而InAsSb是一种锑化物化合物半导体，通过在InAs基底上引入少许的锑原子进行调控。
势垒型InAs/InAsSbⅡ类超晶格的基本结构如图1所示。
势垒型InAs/InAsSbⅡ类超晶格的电子能带结构特性主要体此刻带隙、能带边沿、质量相对论效应等方面。
由于在超晶格结构中引入了InAs和InAsSb两种材料的周期性堆叠，使得电子在二者之间发生跃迁时，会产生更大的能隙，从而能够有效提高探测器的宽带响应能力。
此外，势垒型I nAs/InAsSbⅡ类超晶格还可以通过调控材料的参数实现对带隙的调整，使得其能够适应不同波段的红外光信号探测。
InGaAs短波红外探测器应用
2、基于可见光的景物短波红外仿真研究
Evr vr (v) E0vr
Enir nir (v) E0nir
DN 'vr k Evr vr (v) Eovr DN 'nir k Enir nir (v) E0 nir
光 云 凌
术 技
(c)实拍近红外图像
(a)可见光图像
术 技
短波红外 假草灰度: 32 真草灰度: 69 对 比 度: 0.53623
8
光电学院光电成像与信息工程研究所
1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
光 云 凌
金属在短波红外下的图像
术 技
水在短波红外下的图像
9
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1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
0.9-1.7 1-2.5 m
1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
光 云 凌
2016/11/2
术 技
一组植物与伪装的光谱曲线 6
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1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
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术 技
7
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可见光
假草灰度: 107 真草灰度: 112 对 比 度: 0.04464
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术 技
3
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1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
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两种典型的可见光伪装
4
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光 云 凌
用于建筑的伪装网
史衍丽：第三代红外探测器的发展与选择
〈综述与评论〉第三代红外探测器的发展与选择史衍丽1,2（1.昆明物理研究所，云南昆明 650023；2.微光夜视技术重点实验室，陕西西安 710065）摘要：随着军事应用对高性能、低成本红外技术的需求，红外探测器像元数目从少于100元的一代发展到10万元中等规模的二代，到百万像素的三代，何谓第三代？在众多的材料和器件中，可作为第三代红外探测器的材料以及器件有哪些？在红外探测器技术飞速发展的今天，我们该作如何的选择？结合以上问题，对当前国际上作为第三代红外探测器选择的碲镉汞、量子阱以及Ⅱ类超晶格探测器材料、器件进行了分析，总结了第三代红外探测器的特征，为国内第三代红外探测器的发展提供选择与参考。
关键词：第三代红外探测器；碲镉汞；量子阱；Ⅱ类超晶格中图分类号：TN215 文献标识码：A 文章编号：1001-8891(2013)01-0001-08 Choice and Development of the Third-Generation Infrared DetectorsSHI Yan-li1,2（1.Kunming Institute of Physics, Kunming 650223, China;2.Science and Technology on Low-light-level Night Vision Laboratory, Xi’an 710065, China）Abstract：With the requirement of military application and development of the infrared detectors toward high performance and low cost, infrared detectors continuously develop from the first generation with low density pixel number below 100 to second generation with middle number of pixel about 100 000 till to third Generation with megapixel number. What is the third generation infrared detector? How to choose the device and material as the third generation infrared detector? HgCdTe, quantum well infrared detectors and type-II superlattices infrared detectors have been thought as third generation infrared detectors in the world, the corresponding materials and devices were discussed in order to understand the characterization of the three kinds detectors, the aim is to advance the development of our third generation infrared technology.Key words：third generation infrared detectors，HgCdTe，QWIPs，type-Ⅱ superlattices0引言红外探测器技术是红外技术的核心，红外探测器的发展引领也制约着红外技术的发展。
InGaAs短波红外探测器应用
光 云 凌
术 技
外波段，在目标探测时利用短红外波段可实现全天候的探测。
22
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2、基于可见光的景物短波红外仿真研究
反演反射率 反演模型建立 校正后的 可见光图像 可见光图像 灰度校正
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术 技
姬亚玲
短波红外国内外应用情况及趋势
凌云光技术集团科学图像业务部副总监
0
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InGaAs短波红外探测器的应用
白廷柱
tzhbai@
术 技
1
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引言：短波红外的光学性质与特点
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术 技
3
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1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
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两种典型的可见光伪装
4
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1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
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用于建筑的伪装网
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用于野外的伪装网
5
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1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
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一组植物与伪装的光谱曲线 6
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1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
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1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
红外搜索跟踪系统的研究现状与发展趋势_刘忠领
的 VAMPIＲ 经过一系列改进， 朝着多波段探测、 模
· 97· 刘忠领， 于振红， 李立仁， 等： 红外搜索跟踪系统的研究现状与发展趋势
表2 Table 2 名称 入射孔径 / mm 垂直视场 / （ ° ） 角分辨率 / mrad 工作波段 / μm 俯仰范围 / （ ° ） 输入信号 图2 苏 － 27SK 装备的 OEPS － 29 红外搜索系统 Fig． 2 OEPS － 27 IＲSS of 27SK 输出信号 MTBF / h MTTＲ / min 200 6 0． 45 3 ～ 5， 8 ～ 10． 5 － 20 ～ + 80 航向、 航速、 纵横摇 视频 CCIＲ 标准原视频信号、 点迹 与跟踪的串行信号， 并行数字信号 2 000 30 SPIＲAL 系统红外光学系统参数如下 Parameter of SPIＲAL infrared optical system 参数
Apr． 2014 现代防御技术 Vol． 42 No． 2 MODEＲN DEFENCE TECHNOLOGY 2014 年 4 月 第 42 卷 第 2 期
探测跟踪技术
红外搜索跟踪系统的研究现状与发展趋势
如图 2 所示 。 采用了 64 元线列锑化铟器件 ， 其对 低空约为 15 高空目标的迎头探测距离约为 50 km ， km ， 目标图 像 可 以 在 座 舱 内 的 ILS － 31 平 显 或 者 SEI － 31 垂直情况显示器中显示 ； OEPS － 29 将 红 外方位仪 、 激光测距仪 、 头盔瞄准器综合在一起形 成一个完成 的 系 统 ， 其中红外和激光共用一个光 学通道 ， 这样 保 证 了 激 光 测 距 仪 可 以 精 确 的 照 射 目标 ， 同时 又 降 低 了 系 统 的 体 积 和 重 量 。 雷 达 和 IＲST 同时 搜 索 目 标 ； 通 过 IＲST / 激 光 器 通 道 实 现 静默目标指示和交战 ； 机动作战中扩展搜索 、 跟踪 和目标 指 示 ， 包 括 指 示 AAM 导 弹 对 付 选 中 的 目 标 。 OEPS － 29 的 扫 描 范 围 为 ： 方 位 60° ～ － 60° ， 高低 60° ～ － 15° ， 具 备 3 种 搜 索 模 式 ： 60° × 10° ， 20° × 5° ， 3° × 3° ， 跟 踪 速 度 为 25° / s， 系统质量为 175 kg ， 如图 2 所示 。 2． 2 舰载 IＲST 系统
短波红外InGaAs探测器功能简析
短波红外InGaAs探测器功能简析红外线是波长介于微波与可见光之间的电磁波，波长在0.75,1000μm之间，其在军事、通讯、探测、医疗等方面有广泛的应用。
目前对红外线的分类还没有统一的标准，各个专业根据应用的需要，有着自己的一套分类体系。
一般使用者对红外线的分类为(1)近红外(NIR, IR-A DIN):波长在0.75,1.4μm;(2)短波红外(SWIR, IR-B DIN):波长在1.4,3μm;(3)中波红外(MWIR, IR-C DIN):波长在3,8μm;(4)长波红外(LWIR, IR-C DIN):波长在8,15μm;(5)远红外(FIR):波长在15,1000μm。
根据Maxwell电磁方程，红外线在空气等物质内部和界面传播会发生吸收、反射和透射等，其中吸收是影响传播的最主要因素。
空气中的一些气体分子如CO2、H2O等有着与其物质分子结构相对应的特征吸收谱线，对某些波长的红外线产生强烈地吸收，而对另外一些红外线则不产生吸收，从而表现出很高的透射率。
大气中对红外辐射吸收比较少的波段称为“大气窗口”，主要包括三个:1,3μm，3,5μm，8,14μm，图1描述了红外线在大气中传播的透射曲线。
红外探测器从1800年英国W. Herschel发现红外线到现在已有二百多年历史。
人们通过不断地技术开发和创新，使红外应用从军事国防迅速朝着资源勘探、气象预报、环境监测、医学诊治、海洋研究等关系到国计民生的各个领域扩展。
在这些应用中红外探测又显得特别重要，因为要更好地研究红外线必须先对其进行探测。
理论上任何形态的物质只要在红外辐射作用下发生某种性质或物理量的变化，都可以被用来进行红外探测。
目前来说按照工作机理不同, 红外探测器常被分为热探测器和光子型探测器。
热探测器利用红外光的热效应及材料对温度的敏感性来测量红外辐射，其原理是热敏材料吸收红外光后温度升高，利用材料的温度敏感特性将温度的变化转变为电信号。
两种钝化结构InGaAs红外探测器低频噪声的研究_吕衍秋
(1 .China Airborne Missile Academy, Luoyang 471009 , CHN;2.State Key Laboratory of Transducer Technology, Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200083, CHN)
关键词 : 红外探测器 ;InGaAs ;低频噪声 ;钝化 中图分类号 :T N215 文献标识码 :A 文章编号 :1001 -5868(2009)03 -0339 -04
Study on Low Frequency Noise of InGaAs Infrared Detectors with Two Passivation Structures
摘 要 : 低频噪声的测量和分析已成为红外探测器性能和可靠性评估的一种重要手段 。制 备了聚酰亚胺单层钝化和硫化后 ZnS/ 聚酰亚胺双层钝化两种结构 InGaAs 探测器 , 测试了不同偏 压或不同温度下器件的低频噪声谱 , 讨论了偏压和温度对 InGaA s 探测器低频噪声的影响 。随着 偏压的增加 , 噪声增大 , 拐点向低频方向移动 , 并且低频噪声随温度降低而减小 。认为硫化后 ZnS/ 聚酰亚胺双层钝化器件相对聚酰亚胺单层钝化器件相同偏压或温度下噪声较小 , 拐点低 。 因为硫 化处理和 ZnS 层增强了钝化效果 , 器件的表面漏电流明显减小 , 因而大大降低了器件的低频噪声 。
inassb nBn中波红外探测器-毕业论文-毕业论文
Abstract
There is a wide range of applications for the medwavelength infrared (MWIR) detection technology in defense and military, aerospace, civil, medical and health fields. It has received strict international control restrictions in the field of infrared detection, early warning, missile defense and other military equipment. In recent years, the level of infrared photoelectronic detection technology is gradually improving, and the application range and scenes are also expanding. The requirements for the comprehensive performance of infrared detectors are becoming higher, so the higher detection rate, the faster response speed and the wider detection and recognition band scope has become the main research goal at present. To achieve this goal, infrared detectors have been developed for three generations. Traditional infrared photoelectronic materials such as PbS, PtSi, InSb, etc. are difficult to extend the wavelength range, and QWIPs have low absorption efficiency due to the sub-band transition mechanism. At present, the most mature material HgCdTe is also encountered great difficulty when the absorption spectrum is extended to the very long wavelength infrared. Antimonide semiconductors have the characteristics of narrow gap energy bands and flexible structural design. In recent years, molecular beam epitaxy technology has achieved breakthroughs and become an ideal choice for mid-infrared photoelectronic devices. Therefore, the antimonide material system is rapidly developing, focusing on 6.1Å among them. In addition to various binary or ternary compounds, various type II superlattice materials have also been developed. However, there is a limit to its dark current level due to the limitations of the traditional pin structure photodetector. People research not only new materials, but also new device structures to reduce device noise and improve device performance. In 2006, nBn single barrier structure was proposed as one of the detector structures to reduce the dark current of the detector. This structure type detector mainly improves the devicedetection performance by adding a wide band gap barrier layer to suppress the GR dark current of the device. The work of this paper is mainly to use molecular beam epitaxy technology to achieve high quality material epitaxial growth and device preparation, to obtain high-quality high-performance InAsSb nBn structure medwavelength photoelectronic detector. The main research contents and progress are as follows:
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，
Ｃｈ ｉ ｎ ｅｓ ｅ
Ａ ｃ ａｄｅｍｙ
ｏｆ Ｓｃ ｉ ｅｎ ｃｅ ｓ
，
Ｓｈａｎｇｈａ ｉ 2 0
ｉ
，
ＰＲ Ｃｈ
ｉ
ｎａ
Ａｂ ｓ ｔ ｒａ ｃｔ
：
Ｔ ｈｅ Ｉ Ｉ
Ｉ
－
Ｖ ｔｅｒ ｎａｒ ｙ ａ
ｌ
ｌｌ
ｏｙ Ｉ
ｉ
ｎＡｓ Ｓｂ
ｅｒ ｒ ａ ｒｅ ｄ ｏｐ ｔｏ ｅｌ ｅ ｃｔｒ ｏｎｉ ｃ ｍ ａ ｔ ｉａｌ ｓ ｉ ｓ ａ ｖｅ ｒ ｔ ａｎｔ ｉ ｎｆ ｙ ｍ ｐｏ ｒ
丨
非致 冷 型 红 外 探 测 器
阔 的 应用 前 景
容 易 实 现仪器 的 小 型 化
一
大 大 降 低 成本
本 文对 中 长 波
丨
ｎＡ
ｓＳ
ｂ
红外
探 测 器 国 内 和 国 外 的 研 宄 近 况作
。
简要 评述
，
从 而 显 示 出 在 中 长波 红 外 波 段
ｎＡ ｓ Ｓ ｂ
材料 广
基材 料 探 测 器 的 基 本 方法
，
Ｓｂ
，
引
ＩＩ Ｉ 、
族 元素
（
，
从 而 显 著 得 降 低材 料 的 禁 带 宽 度
Ｉ
的 探测 器 更 适 宣 于 工 作 在 长 波 红 外 波 段
8
－
1
2
在 这 其 中 尤 以
，
ｎＡ ｓ Ｓ ｂ
研 宄 得更 为 全 面
Ｉ
原 因在 于
Ａｓ
相 比于
Ｔ
［
1
。
2
国 际 非致 冷
目
Ｉｎ
Ａｓ Ｓ ｂ
Ｉ
探 测 器研 宄现 状
前 国 际上 研 宄
ｎＡ ｓ Ｓ ｂ
材料 探 测 器 的 机 构 有 美 国 西 北 大 学
。
ＣＱＤ
、
实验 室
日本
、
、
贝 尔 实 验室
、
、
英 国 兰 彻斯 特 大 学 物 理 系
亚
、
、
法 国 蒙 彼 利埃第 二 大 学 等
；
2
、
采 用 浸没 技 术 优 化光 学 设计 可
，
3
、
采用 表 面钝 化 技 术
显 著 降 低表面 态数 量 从 而 改 善 探 测 器 性
。
这 些 方 法 的 提 出 为 后 来 探测 器 的 研 制提 供 了 很 大 的 方 便
1
5 7
（
3 ）
在
Ｇ ａ Ａｓ
衬底 上 首 次 实 现 高 晶 格 失 配 的
，
尽 管 当 时 的 响 应 率不 足
次 系 统地 研 宄 了
，
Ａ ／Ｗ
量子 效 率 也 只 有
（
6
／ 。
？
7
％
［
5
］
。
之后
他们 在 国 际 上 第
（
一
Ｉ
ｎ Ａ ｓ ＾Ｓ ｂｘ
在 整 个组 分 范 围 内
Ｅｇ
0 ＜ｘ ＜
ｌ
）
材料 的 分 子 束 外 延 关系 图和
Ａ／ Ｗ
一
ＭＢ Ｅ） 外 延 生 长和 光学 性 质
、
基的
Ｖ
族 材料 由 于 其 具 有 更 快 的 响 应 速度 为基 础
入其 它
Ｖ
更 高 的 量子 效率
。
较低的室温
Ｓｂ
Ａ ｕｇｅ ｒ
复合 系 数 等
使所制作
，
优 良 特性 而 在 制 作 非 致 冷 探 测 器 方 面 有 很 大 的 优 势 都是 以
Ｉｉ ｉ
目
前制 备
等 人提 出 的 经 验 公 式
1 ［
］
，
Ｉ
．
ｉ
ｘ
禁带 宽 度 与 组 分
ａ Ａ ｘ
Ｉ
Ｔ
之 间 的 关 系 可 表示 为
2
Ｏ
＾
Ｅ
（
ｘ
，
ｒ） ＝ ａ 4
－
－ －
1
1
0 8 7 6 Ｘ＋ 0 7 0Ｘ
． ．
＾
＋
3
．
4 ｘ
ｌ
0
ｘ ｒ（ｌ
－
ｘ）
2
1
0 ＋ｒ
ｉ
（
）
另外
，
。
和
Ｈ ｇＣ ｄＴｅ
，
丨
材 料在 某 些 方 面 显 现 出 独 特 的 优 势
：
具 有 相 对更 高 的
［
稳定性
：
ＨｇＣ ｄ Ｔｅ
：
材料中 高
Ｉ
Ｈｇ
蒸 气 压 导 致 材 料 的 不 稳 定 性 和 不均 匀 性增 加
Ｈ ｇＣ ｄ Ｔｅ
2
］
；
更 高 的 电子
一
空穴 迁 移 率
ＭＷ Ｒ
ｎｄ ＬＷ Ｉ Ｒ ｄ ｅｔｅ ｃｔｏｒ ｓ
ｔ
ｏ
ｅｘ ｈ ｉ ｂｉｔ ａ
ｗｉ ｄ ｅ ｐｒ ｏ ｓ ｐｅ ｃｔ ｆｏ ｒ ｔｈ ｅ ａｐ ｐｌ
ｉ
ｉ ｏｎ ｏｆ ｔ ｈｉ ｓ ｍ ａ ｔｅ ｒ ｉａ ｃ ａｔ
ｌ
．
Ｋ ｅｙｗ ｏ ｒｄ ｓ
：
Ｉ
ｎＡ ｓ Ｓ ｂ
4 0
％
。
2
）
提 出 了 几 种 改 进探 测 器 性 能 的 方法
Ｊｉ
：
1
、
调 整 材 料 参 数 可 以 抑 制 非 辐 射 复合 几 率 比
，
如 活 性 层 的 掺 杂 可 有效 减 少 室 温 探 测 器 的 有 效 提 高探 测 器 感 光 面积
能
。
；
Ａ ｕ ｇｅ ｒ
复合
，
；
ｉ
ｎ ｆｒ ａ ｒｅ ｄ ｄｅｔ ｅｃ ｔｏ ｒ
0
引言
工 作 在 中 长 波 红 外 波 段（ 5
－
1
2 ｎｍ ）
。
的 红 外 探测 器 在 遥感
、
夜视
、
通信
、
工 业 探伤
，
、
资源探
Ｓｂ
测 以 及 医 学 方 面有 广 阔 的 应 用 前 景
ＩＩ Ｉ
－
近 年来
、
，
在 这 个 波 段范 围 内 的 探测 器 研 宄 中
［
7］
。
这种 结 构 的 优 点 是
，
，
由 于 受 两边 两
个 重 掺杂 带 的 影 响
失进 衬 底 层
，
，
使 得 载流 子 更容 易 被 限 制在 中 间 的 活 化层 中
，
并且 能 够 有 效 阻 止 电 子流 使
降 低 了 扩 散 电 流 提 高 了 光 响 应度
。
。
于 是这种 形 式 的 探 测 器 在 红 外探 测 器 的 研
早 期 的 研 宄 代表
：
美 国 贝 尔 实验 室
（
，
二
1
十 世纪
0 0
）
8 0
年代
：
他 们利 用 液 相 外 延 截 止波 长
°
ＬＰ Ｅ ） 技术在 Ｇ ａＳ ｂ（
，
面 上 生 长成 功 了
Ｉ
ｎＡ ｓ Ｓｂ
0 2
．
材 料 并 成 功 制 成 室温
，
4
．
5
ｆ
ｕｎ
的 背 照 射 光 电 二 极管
。
对 中 长波红 外 波段 的 探 测 而 言
Ｉ
Ｉ
ｎＡ ｓ Ｓ ｂ
材 料 的 探 测 器 在 室 温 下 也 具 有很 高 的 探 测 率
。
，
同时
ｎＡ ｓ Ｓｂ
探测 器 具 有 比
，
Ｈ ｇＣ ｄＴｅ
探 测 器更髙 的 响 应 速 度
，
这 些 优 势 使得
。
Ｉ
ｎ Ａｓ Ｓｂ
探 测 器可 制 成
主要
，
目
的在 于 提 高
，
Ｄ〇
；
而 上世 纪
一
9 0
年 代 以 后 的 研 宄更 注 重 新型结 构 的 探 测 器
，
结 构更 复杂
探 测 率 和 响 应 速度 都 进 漏 电等 问 题
。
步 提 高 功 能 更 全面
，
而 且 通 过 不 同 结 构 来 减 少 非福 射复 合和 表 面
ｉ
ｎ ｅｄ ｎ ｒｅ ｃ ｅｎｔ ｄ ｅ ｃａｄ ｅ ｓ ｄｕｅ ｔ ｏ ｗｈ ｉ ｃｈ ｈ ａｓ ｂ ｅｅ ｎ ｗ ｉ ｄｅ ｙ ｃｏｎ ｃｅ ｒ
ｈｉ ｇｈ ｅ ｅ ｃｔｒ ｏｎ ｍｏ ｂ ｉ
ｌ ｌ ｉｔ
ｔｓ
ｎａ ｒｒ ｏｗ ｅ ｎｅ ｒ ｇｙ ｇ ａｐ ａ ｎｄ ｅ ｘｔ ｒｅ ｍｅ ｌ ｙ
ｌ
究 中 被 广泛 应用 用
Ｇ ａＡ ｓ
（
该 双异 质 结 具 体 结 构 为
，
＋
ｐ
￣
－
Ａ
ｘ
ｌ
〇 〇7
．
ｎ〇
．