硅基紅外探測器研究進展

1、硅基紅外探測器的研究進展小組成員 1116650114 唐喜 1116650116 俞奇苗 1116650120 章福林概述引 言123456 引言引言 紅外探測器在軍用技術(shù)、空間技術(shù)的研究與開發(fā)和國民經(jīng)濟各方面都發(fā)揮著重要作用 . 探測器材料 是研制紅外探測器 的基礎(chǔ)和前 提 。 探測器分類紅外探測的應用紅外探測的應用環(huán)境探測器被動紅外探測器 被動紅外探測器本身不發(fā)出信號，只是被動接收外界的紅外能量。當人體移動時，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被動探測器的處理后輸出報警信號。被動紅外探測器紅外探測器原理被動紅外探測器主要功能作用作用：提高靈敏度，減少誤報率雙元紅外探測器

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

3、 1.6eV , 量子效應高，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 紅 外 探 測 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 幾種探測器材料幾種探測器材料 為此 ,人們對襯底材料的研究轉(zhuǎn)向了硅, 硅材料不僅熱導性好, 機械強度高和缺陷少 , 而且價格低廉,并能獲得大直徑單晶 ,同時硅的集成技術(shù)已發(fā)展到相當成熟的階段, 使硅基器件在紅外探測方面的應用越來越受到人們的重視.硅基紅外探測器 非本征硅紅外探測器 Si1-xGex/Si 異質(zhì)結(jié)紅外探測器 PtS

4、i 紅外探測器 硅基 HgCdTe 紅外探測器Si1-xGex/Si Si1-xGex/Si 異質(zhì)結(jié)紅外探測器 Si1-xGex 與 Si 是兩種晶格失配材料，如果在 Si 上外延生長Si1-xGex 的合金的厚度足夠薄(小于臨界厚度),可以獲得無界面失配位錯的 Si1-x Gex 應變層， 利用 MBE 和M OCVD 等現(xiàn)代薄膜生長技術(shù), 已可以生長完美的Si1-xGex/Si 應變層超晶格材料 當 x 0.5 時 , Si1-xGex/Si應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 紅外光電探測器的理想材料Si1-xGex/Si

5、 應變層超晶格光電探測器,從 1986 年以來 AT &T 、Bell 實驗室的 Luryi等人就陸續(xù)取得了進展1988 年 T .P .Pearsall等人 3 依據(jù)直接躍遷機理, 制備了一個布里淵折疊 GeSi 超晶格紅外探測器, 其紅外響應波長為 1.4m1991 年美國麻省理工學院林肯實驗室研制了一種分辨率為 320 244 的成像器, 該成像 器采用 響應波 長超過 10.5mSi1-xGex/Si 異質(zhì)結(jié)紅外探測器Ge/SiGe/Si量子阱和納米島探測器量子阱和納米島探測器 該類材料與標準硅工藝完全兼容，因此使用SiGe/ Si異質(zhì)結(jié)構(gòu)運用能帶工程來實現(xiàn)新的功能器件以彌補常

6、規(guī)Si器件的不足 RCE-PIN結(jié)構(gòu)探測器可以在保持速度的同時大大提高器件的響應度并且具有波長選擇性，兼有濾波器和探測器的功能，可以應用于集成光接收機芯片中。 見圖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)紅外探測器的響應波長可調(diào) , 可同時工作于 3m 5m 和 8m 14m 兩個大氣窗口, 在長波范圍內(nèi)量子效率高于硅化物肖特基勢壘探測器，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)紅外探測器 ,使硅材料技術(shù)

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

8、外探測器的研制從原理上來講，該傳感器屬于熱探測器的氣動探測器，傳統(tǒng)的氣動探測器高萊探測器原理為新結(jié)構(gòu)的特殊點：新結(jié)構(gòu)是在硅基上實現(xiàn)的新結(jié)構(gòu)內(nèi)沖入的是一種特殊氣體，它對特定波段的紅外線有明顯的吸收新結(jié)構(gòu)內(nèi)沒有吸收膜a) 直接測量形變導致的電容變化總之新型紅外探測器的工作基礎(chǔ)可以概括為兩點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特點，制成了紅外探測器，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。通過膨脹導致的電容變化來間接探測紅外線的存在和強度這種新結(jié)構(gòu)的優(yōu)點可在室溫下工作，無需制冷具有一定的選擇性，通過選擇不同的氣體可制成不同波段的紅外探測器響應速度較快，靈敏度較高可與現(xiàn)有硅工藝兼容，工藝簡單，成本低，體積小。研究前景以硅為襯底材料研制的紅外探測器, 克服了不易與集成電路工藝兼容的缺點, 可