硅基紅外探測(cè)器研究進(jìn)展

1、硅基紅外探測(cè)器的研究進(jìn)展小組成員 1116650114 唐喜 1116650116 俞奇苗 1116650120 章福林概述引 言123456 引言引言 紅外探測(cè)器在軍用技術(shù)、空間技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)各方面都發(fā)揮著重要作用 . 探測(cè)器材料 是研制紅外探測(cè)器 的基礎(chǔ)和前 提 。 探測(cè)器分類紅外探測(cè)的應(yīng)用紅外探測(cè)的應(yīng)用環(huán)境探測(cè)器被動(dòng)紅外探測(cè)器 被動(dòng)紅外探測(cè)器本身不發(fā)出信號(hào)，只是被動(dòng)接收外界的紅外能量。當(dāng)人體移動(dòng)時(shí)，人體溫度與周圍環(huán)境溫度存在差別，這種差別的變化通過(guò)被動(dòng)探測(cè)器的處理后輸出報(bào)警信號(hào)。被動(dòng)紅外探測(cè)器紅外探測(cè)器原理被動(dòng)紅外探測(cè)器主要功能作用作用：提高靈敏度，減少誤報(bào)率雙元紅外探測(cè)器

2、把2個(gè)性能相同，極性相反的熱釋電傳感器整合在一起的具有兩個(gè)探測(cè)源的探測(cè)器就是雙元探測(cè)器。被動(dòng)紅外探測(cè)器移動(dòng)物體的速度、熱釋紅外能量的大小被動(dòng)紅外探測(cè)器主要功能防小寵物功能 在冬季，環(huán)境溫度較低，紅外線信號(hào)波動(dòng)較大，報(bào)警電壓閥值自動(dòng)提高，有效減少誤報(bào)；但是在夏季，由于環(huán)境溫度較高，紅外線信號(hào)波動(dòng)較小，報(bào)警電壓閥值自動(dòng)降低，有效減少漏報(bào).被動(dòng)紅外探測(cè)器主要功能溫度補(bǔ)償（冬季）（夏季） 自動(dòng)平衡入侵信號(hào)的增益,不會(huì)因環(huán)境溫度影響靈敏度，從而保持外來(lái)入侵者的信號(hào)可以被準(zhǔn)確捕捉到。 1碲鎘 汞 (MCT ) 探測(cè)率較高,當(dāng)Hg1-xCdx Te 合金組份 x 從 0 變到 1 時(shí), 禁帶寬度從 0 變到

3、 1.6eV , 量子效應(yīng)高，材料均勻性比較差且很不穩(wěn)定, 不易制成大面積的紅外焦平面，也不容易與用硅制造的讀出電路集成在一 起. 2AlGaAs/GaAs 多 量 子 阱 遠(yuǎn) 紅 外 探 測(cè) 器(QWIP) 均勻性優(yōu)于MCT，但不能在垂直光照射下激發(fā)，不易與硅集成1 幾種探測(cè)器材料幾種探測(cè)器材料 為此 ,人們對(duì)襯底材料的研究轉(zhuǎn)向了硅, 硅材料不僅熱導(dǎo)性好, 機(jī)械強(qiáng)度高和缺陷少 , 而且價(jià)格低廉,并能獲得大直徑單晶 ,同時(shí)硅的集成技術(shù)已發(fā)展到相當(dāng)成熟的階段, 使硅基器件在紅外探測(cè)方面的應(yīng)用越來(lái)越受到人們的重視.硅基紅外探測(cè)器 非本征硅紅外探測(cè)器 Si1-xGex/Si 異質(zhì)結(jié)紅外探測(cè)器 PtS

4、i 紅外探測(cè)器 硅基 HgCdTe 紅外探測(cè)器Si1-xGex/Si Si1-xGex/Si 異質(zhì)結(jié)紅外探測(cè)器 Si1-xGex 與 Si 是兩種晶格失配材料，如果在 Si 上外延生長(zhǎng)Si1-xGex 的合金的厚度足夠薄(小于臨界厚度),可以獲得無(wú)界面失配位錯(cuò)的 Si1-x Gex 應(yīng)變層， 利用 MBE 和M OCVD 等現(xiàn)代薄膜生長(zhǎng)技術(shù), 已可以生長(zhǎng)完美的Si1-xGex/Si 應(yīng)變層超晶格材料 當(dāng) x 0.5 時(shí) , Si1-xGex/Si應(yīng)變層的帶隙低于純鍺, 這意味著 Si1-x Gex/Si 有可能成為用于通信的 1.3m 1.55m 紅外光電探測(cè)器的理想材料Si1-xGex/Si

5、 應(yīng)變層超晶格光電探測(cè)器,從 1986 年以來(lái) AT &T 、Bell 實(shí)驗(yàn)室的 Luryi等人就陸續(xù)取得了進(jìn)展1988 年 T .P .Pearsall等人 3 依據(jù)直接躍遷機(jī)理, 制備了一個(gè)布里淵折疊 GeSi 超晶格紅外探測(cè)器, 其紅外響應(yīng)波長(zhǎng)為 1.4m1991 年美國(guó)麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室研制了一種分辨率為 320 244 的成像器, 該成像 器采用 響應(yīng)波 長(zhǎng)超過(guò) 10.5mSi1-xGex/Si 異質(zhì)結(jié)紅外探測(cè)器Ge/SiGe/Si量子阱和納米島探測(cè)器量子阱和納米島探測(cè)器 該類材料與標(biāo)準(zhǔn)硅工藝完全兼容，因此使用SiGe/ Si異質(zhì)結(jié)構(gòu)運(yùn)用能帶工程來(lái)實(shí)現(xiàn)新的功能器件以彌補(bǔ)常

6、規(guī)Si器件的不足 RCE-PIN結(jié)構(gòu)探測(cè)器可以在保持速度的同時(shí)大大提高器件的響應(yīng)度并且具有波長(zhǎng)選擇性，兼有濾波器和探測(cè)器的功能，可以應(yīng)用于集成光接收機(jī)芯片中。 見(jiàn)圖9：上下反射鏡均采用SiO2/ Si 多層介質(zhì)膜，吸收區(qū)為10層8ML-Ge/33nmSi。 Si1-x Gex/Si 異質(zhì)結(jié)紅外探測(cè)器的響應(yīng)波長(zhǎng)可調(diào) , 可同時(shí)工作于 3m 5m 和 8m 14m 兩個(gè)大氣窗口, 在長(zhǎng)波范圍內(nèi)量子效率高于硅化物肖特基勢(shì)壘探測(cè)器，隨著外延技術(shù)的發(fā)展 , 利用成熟的硅工藝技術(shù)能夠制作均勻性好 、易于集成 、成品率高 、成本低 、熱穩(wěn)定性好的新型 Si1-xGex/Si 異質(zhì)結(jié)紅外探測(cè)器 ,使硅材料技術(shù)

7、進(jìn)入到新的領(lǐng)域.PtSi PtSi 紅外探測(cè)器 沉積在 P 型 Si 襯底上 PtSi 薄膜主要用于3m 5m 波長(zhǎng)范圍的紅外探測(cè), 由于其可采用標(biāo)準(zhǔn)的集成電路工藝在硅襯底上制備，同時(shí)在二維大面陣紅外探測(cè)器陣列中,它還具有其他探測(cè)材料無(wú)法比擬的均勻響應(yīng)度，因此, 可制造出具有低噪聲 、低成本 、大面積、均勻性好的探測(cè)器陣列。 PtSi 肖特基勢(shì)壘紅外焦平面良好的響應(yīng)均勻性和大規(guī)模集成電路工藝的高度兼容性使其在長(zhǎng)線陣和大面積陣列中得到迅速發(fā)展,在短、中波紅外的應(yīng)用已走向?qū)嵱没? 在3m 5m 的中紅外波段的軍用和商用市場(chǎng)上成為 HgCdTe 紅外探測(cè)材料的有力競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,具廣闊的應(yīng)用前景新型硅基紅

8、外探測(cè)器的研制從原理上來(lái)講，該傳感器屬于熱探測(cè)器的氣動(dòng)探測(cè)器，傳統(tǒng)的氣動(dòng)探測(cè)器高萊探測(cè)器原理為新結(jié)構(gòu)的特殊點(diǎn)：新結(jié)構(gòu)是在硅基上實(shí)現(xiàn)的新結(jié)構(gòu)內(nèi)沖入的是一種特殊氣體，它對(duì)特定波段的紅外線有明顯的吸收新結(jié)構(gòu)內(nèi)沒(méi)有吸收膜a) 直接測(cè)量形變導(dǎo)致的電容變化總之新型紅外探測(cè)器的工作基礎(chǔ)可以概括為兩點(diǎn)分子吸收或輻射電磁波能量的選擇性近紅外段（0.7625um)紅外輻射的能量很大 我們正是利用了上述兩個(gè)特點(diǎn)，制成了紅外探測(cè)器，即利用特殊氣體分子選擇性吸收近紅外波段較大的輻射能后產(chǎn)生膨脹。通過(guò)膨脹導(dǎo)致的電容變化來(lái)間接探測(cè)紅外線的存在和強(qiáng)度這種新結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)可在室溫下工作，無(wú)需制冷具有一定的選擇性，通過(guò)選擇不同的氣體可制成不同波段的紅外探測(cè)器響應(yīng)速度較快，靈敏度較高可與現(xiàn)有硅工藝兼容，工藝簡(jiǎn)單，成本低，體積小。研究前景以硅為襯底材料研制的紅外探測(cè)器, 克服了不易與集成電路工藝兼容的缺點(diǎn), 可