硅化铂红外焦平面探测器性能改进技术分析

康冰心; 蔡毅; 王岭雪; 薛唯; 高岳

硅化铂红外焦平面探测器性能改进技术分析

康冰心¹,
蔡毅^1,2,
王岭雪^1, ,,
薛唯¹,
高岳¹

1.
北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室,北京100081;
2.
中国兵器科学研究院,北京100089

基金项目:

高等学校博士学科点专项科研基金（20131101110024）

详细信息

作者简介:
康冰心（1984-），女，博士生，主要从事红外探测器、红外成像等方面的研究。Email：binxin1985@163.com；蔡毅（1959-），男，研究员，博士生导师，博士，主要从事红外技术、光电系统总体的研究。Email：caiy69@163.com

康冰心（1984-），女，博士生，主要从事红外探测器、红外成像等方面的研究。Email：binxin1985@163.com；蔡毅（1959-），男，研究员，博士生导师，博士，主要从事红外技术、光电系统总体的研究。Email：caiy69@163.com

通讯作者: 王岭雪（1973-），女，副教授，博士，主要从事红外成像、图像处理、红外光谱方面的研究。Email：neobull@bit.edu.cn

中图分类号: TN215

Technologies of performance improvement for platinum silicide infrared focal plane array

Kang Bingxin¹,
Cai Yi^1,2,
Wang Lingxue^{1
, ,},
Xue Wei¹,
Gao Yue¹

1.
Key Laboratory of Photoelectronic Imaging Technology and System,Ministry of Education of China,School of Optoelectronics,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081,China;
2.
China Research and Development Academy of Machinery Equipment,Beijing 100089,China

摘要: 硅化铂红外焦平面探测器具有响应光谱宽、规模大、均匀性好、时间稳定性高、制造成本低等优点，在多/宽光谱成像、激光探测、天文观测、医疗检测等领域具有应用潜力，但NETD 100 mK 的灵敏度对其广泛应用有一定的限制。文中从该探测器的量子效率和填充因子两方面总结和分析了国内外的改进技术，重点分析了光腔结构、多孔硅结构、重掺杂P+和合适硅化铂膜厚提高量子效率的机理，并定量比较了提升幅度：多孔硅结构提升幅度最大，在波长4 m 处的量子效率可达27%；相比内线转移CCD，电荷扫描器件、曲流沟道CCD 和混合读出结构均能改善填充因子，其中混合读出结构的填充因子可提高为80%。微透镜列阵能将填充因子提高到85%以上。
- 硅化铂红外焦平面列阵 /
- 量子效率 /
- 填充因子 /
- 读出电路 /
- 微透镜列阵
Abstract: Platinum silicide infrared focal plane array is characterized by several advantages such as wide spectral range, large array, good uniformity, high time stability and low cost. It shows application potential in multispectral/wide-spectrum imaging, laser detection, astronomical observation and medical monitor. However, 100mK's sensitivity(NETD) is the main limitation on wide application. The technologies of improving performance of platinum silicide infrared detector were summarized. Optical cavity structure, PtSi/porous Si schottky barrier, doping-spike P+ and suitable PtSi film thickness were effective measures to increase quantum efficiency. Porous silicon structure improved quantum efficiency as much as 27% at 4 m wavelength. Comparing with interline transfer CCD, the fill factor of the FPAs was raised up to 50%-80% using charge sweep device, meander channel CCD or hybrid schottky structure. In addition, microlens array was the most efficient method to augment the fill factor higher than 85%.
- platinum silicide infrared focal plane array /
- quantum efficiency /
- fill factor /
- readout circuit /
- microlens array

[1]	Cai Yi. The Analysis of the characteristics and application potential for PtSi infrared focal plane detector assemblies [J]. Semiconductor Optoelectronics, 2007(1): 1-4. (in Chinese) 蔡毅. 硅化铂红外焦平面探测器的特点与应用潜力分析[J]. 半导体光电, 2007(1): 1-4.
[2]
[3]
[4]	Takehiko Satoh, Masaki Fujimoto, Masato Kagitani, et al. NIIHAMA project: continuous monitoring of Jupiter's infrared auroras [C]//Japan Geoscience Union Meeting 2013, 2013: 1.
[5]
[6]	Ivanov V G, Ivanov G V. New type far IR and THz Schottky barrier detectors for scientific and civil application[J]. Advances in Optoelectronics, 2011: 2-6.
[7]	Freeman D Shepherd, James E Murguia. A comparison of infrared detection mechanisms in thermal-emissive vs photo- emissive silicon Schottky barrier arrays [C]//SPIE, 2000, 4028: 90-101.
[8]
[9]
[10]	Raissi F. A possible explanation for high quantum efficiency of PtSi/porous Si Schottky detectors [J]. IEEE Transactions on Electron Devices, 2003, 50(4): 1134-1137.
[11]	Lin T L, Park J S, Gunapala S D, et al. Doping-spike PtSi Schottky infrared detectors with extended cutoff wavelengths[J]. IEEE Transactions on Electron Devices, 1995, 42 (7): 1216-1220.
[12]
[13]	Masahiro Shoda, Keiichi Akagawa, Tsuneyuki Kazama. A 410 K pixel PtSi Schottky-barrier infrared CCD image sensor[C]//SPIE, 1996, 2744: 23-32.
[14]
[15]	Masafumi Kimata, Masahiko Denda, Naoki Yutani, et al. 256 multiplied by 256 element platinum silicide schottky-barrier infrared charge-coupled device image sensor [J]. Optical Engineering, 1987, 26(3): 209-215.
[16]
[17]	Yuichiro Ito, Akira Shimohashi, Toshiro Yamamoto, et al. A meander channel CCD infrared imager with a platinum silicide Schottky barrier[C]//SPIE, 1983, 0395: 55-61.
[18]
[19]	Zu Qiuyan, Wang Weibing, Huang Zhuolei, et al. Uncooled diode infrared detector and design of its readout interface circuit [J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42 (7): 1680-1684. (in Chinese) 祖秋艳, 王玮冰, 黄卓磊, 等. 二极管非制冷红外探测器及其读出电路设计[J]. 红外与激光工程, 2013, 42(7): 1680-1684.

[1]	陈楠, 张济清, 毛文彪, 李雄军, 宋林伟, 高玲, 姚立斌. 大动态范围、高灵敏度红外焦平面数字像元读出电路技术（特邀） . 红外与激光工程, 2022, 51(3): 20210821-1-20210821-11. doi: 10.3788/IRLA20210821
[2]	张武康, 陈洪雷, 丁瑞军. 具有背景抑制功能的长波红外读出电路 . 红外与激光工程, 2021, 50(2): 20200266-1-20200266-10. doi: 10.3788/IRLA20200266
[3]	丁瑞军, 杨建荣, 何力, 胡晓宁, 陈路, 林春, 廖清君, 叶振华, 陈洪雷, 魏彦锋. 碲镉汞红外焦平面器件技术进展 . 红外与激光工程, 2020, 49(1): 0103010-0103010(7). doi: 10.3788/IRLA202049.0103010
[4]	尚超, 王锦春, 张晓兵. 红外焦平面阵列读出电路非均匀性研究 . 红外与激光工程, 2020, 49(8): 20190581-1-20190581-8. doi: 10.3788/IRLA20190581
[5]	白涛, 陈远金, 戴放, 徐春叶, 刘小淮, 吕江萍, 刘成玉, 李秋利, 沈吉. 大面阵InGaAs基线性APD单片激光雷达读出电路 . 红外与激光工程, 2020, 49(8): 20190529-1-20190529-6. doi: 10.3788/IRLA20190529
[6]	周振辉, 徐向晏, 刘虎林, 李岩, 卢裕, 钱森, 韦永林, 何凯, 赛小锋, 田进寿, 陈萍. 高量子效率InP/In_0.53Ga_0.47As/InP红外光电阴极模拟 . 红外与激光工程, 2019, 48(2): 221002-0221002(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0221002
[7]	郝立超, 黄爱波, 解晓辉, 李辉, 赖灿雄, 陈洪雷, 魏彦锋, 丁瑞军. 32×32甚长波红外HgCdTe焦平面器件 . 红外与激光工程, 2017, 46(5): 504001-0504001(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0504001
[8]	孙建宁, 任玲, 丛晓庆, 黄国瑞, 金睦淳, 李冬, 刘虎林, 乔芳建, 钱森, 司曙光, 田进寿, 王兴超, 王贻芳, 韦永林, 辛丽伟, 张昊达, 赵天池. 一种大尺寸微通道板型光电倍增管 . 红外与激光工程, 2017, 46(4): 402001-0402001(5). doi: 10.3788/IRLA201746.0402001
[9]	梁清华, 蒋大钊, 陈洪雷, 丁瑞军. 基于分时共享方案的640×512红外读出电路设计 . 红外与激光工程, 2017, 46(10): 1004001-1004001(8). doi: 10.3788/IRLA201780.1004001
[10]	翟永成, 丁瑞军. 320×256大电荷容量的长波红外读出电路结构设计 . 红外与激光工程, 2016, 45(9): 904003-0904003(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0904003
[11]	周杰, 丁瑞军, 翟永成, 梁清华, 蒋大钊. 320×256中/长波双色IRFPAs读出电路设计 . 红外与激光工程, 2015, 44(10): 2880-2885.
[12]	郝立超, 陈洪雷, 李辉, 陈义强, 赖灿雄, 黄爱波, 丁瑞军. 具有记忆功能背景抑制结构的共享型读出电路 . 红外与激光工程, 2015, 44(11): 3293-3298.
[13]	崔程光, 王淑荣, 李博, 王俊博, 黄煜. 紫外可见NMOS线阵图像传感器量子效率的定标研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(9): 2844-2848.
[14]	李亚鹏, 何斌, 王文华. 面阵电荷耦合器件错位成像的建模与仿真 . 红外与激光工程, 2015, 44(9): 2767-2773.
[15]	高磊, 翟永成, 梁清华, 蒋大钊, 丁瑞军. 红外焦平面读出电路集成数字输出 . 红外与激光工程, 2015, 44(6): 1686-1691.
[16]	沈同圣, 史浩然, 娄树理, 李召龙. 填充因子对微扫描系统成像质量影响分析 . 红外与激光工程, 2015, 44(8): 2292-2297.
[17]	郝立超, 陈洪雷, 李辉, 黄爱波, 丁瑞军. BDI 型甚长波IRFPA 读出电路研究与设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(6): 1782-1787.
[18]	陈国强, 张君玲, 王攀, 周杰, 高磊, 丁瑞军. 碲镉汞e-APD 焦平面数字化读出电路设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(9): 2798-2804.
[19]	祖秋艳, 王玮冰, 黄卓磊, 何鑫, 陈大鹏. 二极管非制冷红外探测器及其读出电路设计 . 红外与激光工程, 2013, 42(7): 1680-1684.
[20]	胡滨, 李威, 李平, 阙滨城. 有源电阻RTIA红外焦平面读出电路 . 红外与激光工程, 2012, 41(8): 2008-2011.

点击查看大图

计量

文章访问数: 317
HTML全文浏览量: 37
PDF下载量: 135
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

留言板

硅化铂红外焦平面探测器性能改进技术分析

通讯作者: 王岭雪（1973-），女，副教授，博士，主要从事红外成像、图像处理、红外光谱方面的研究。Email：neobull@bit.edu.cn

Technologies of performance improvement for platinum silicide infrared focal plane array

计量

硅化铂红外焦平面探测器性能改进技术分析

1. 北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室,北京100081;

2. 中国兵器科学研究院,北京100089

通讯作者: 王岭雪（1973-），女，副教授，博士，主要从事红外成像、图像处理、红外光谱方面的研究。Email：neobull@bit.edu.cn

English Abstract

Technologies of performance improvement for platinum silicide infrared focal plane array

1. Key Laboratory of Photoelectronic Imaging Technology and System,Ministry of Education of China,School of Optoelectronics,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081,China;

2. China Research and Development Academy of Machinery Equipment,Beijing 100089,China

全文HTML

目录

留言板

硅化铂红外焦平面探测器性能改进技术分析

通讯作者: 王岭雪（1973-），女，副教授，博士，主要从事红外成像、图像处理、红外光谱方面的研究。Email：neobull@bit.edu.cn

Technologies of performance improvement for platinum silicide infrared focal plane array

计量

出版历程

硅化铂红外焦平面探测器性能改进技术分析

1. 北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室,北京100081; 2. 中国兵器科学研究院,北京100089

通讯作者: 王岭雪（1973-），女，副教授，博士，主要从事红外成像、图像处理、红外光谱方面的研究。Email：neobull@bit.edu.cn

English Abstract

Technologies of performance improvement for platinum silicide infrared focal plane array

1. Key Laboratory of Photoelectronic Imaging Technology and System,Ministry of Education of China,School of Optoelectronics,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081,China; 2. China Research and Development Academy of Machinery Equipment,Beijing 100089,China

全文HTML

目录

1. 北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室,北京100081;

2. 中国兵器科学研究院,北京100089

1. Key Laboratory of Photoelectronic Imaging Technology and System,Ministry of Education of China,School of Optoelectronics,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081,China;

2. China Research and Development Academy of Machinery Equipment,Beijing 100089,China