波段外10.6μm激光辐照中红外PV型HgCdTe光电探测器机理分析
激光辐照对长滤HgCdTe光导探测器电学参数的影响
激 光 辐 照 对 长 波 Ｈ Ｃ Ｔ 光 导 探 测 器 电学 参 数 的 影 响 ｇｄ ｅ
朱克 学， 张 赞 ， 向 阳 ． 海 梅 ， 家 熊 李 龚 方
（ 国科 学 院上 海技 术 物 理 研 究 所 中 传 感 技 术 国 家 重 点 实 验 室 ． 海 ２ ０ ８ ） 上 ０ ０３
摘 妻 ： 长 波 Ｈｇ ｄ 对 Ｃ Ｔｅ光 导 探 测 器进 行 了低 于其 永 久 损 伤 阈值 的 变功 率 激 光 辐 照 一 量 测 辐 照 前 后 器 件 的 电 阻 温 度 特 性 ． 电 阻 温 度 特 性 研 究 材 料 参 数 的 方 法 对 实验 结 果 进 行 拟 用 舍 ， 果 表 明 辐 照 后 Ｈｇ ｄ ｅ探 测 器件 的 组 分 变大 ． 由此 计 算 得 到 探 测 器 性 能 突 变后 一 结 ＣＴ 并 器 件 的 电 子 迁 移 率 与 电 子 隶度 均有 一 定 程 度 减 小 。认 为 这 可 能是 由 于激 光 辐 照 的 热 效 应 使 Ｎ 型 Ｈｇ ｄ Ｃ Ｔｅ光 导 器件 的 表 面厦 体 内均 产 生 的 一 定 的 变化 所 致
Ｚ Ｕ ｕ ， ＺＨＡＮＧ ｎ．ＬＩＸｉｎ ａ ｇ—ＧＯＮＧ ［ｍｅ ，Ｆ Ｈ Ｋｅ ｘ ｅ Ｙｕ ａｇ ｙｎ Ｈａ ｉ ＡＮＧ ｉ ｉｎ Ｊ ａ ｘｏ ｇ
（ ｔ ｔ ｋ ｙ ［ｂ ＊ ｔ ｒ ｆ ｓ ｎ ｉ ｇ ｃ ｎｏｏｇ Ｓ ａ ｅ ｅ ａ ｏ ａ ｏ ｙ ｏ ｅ ｓｎ ｔ ｈ ｌ ｙ．Ｓｈ ｎ ｈ ｉ Ｉ ｓ ｉｕ ｏｆＴｅ ｈ ｉ ａ Ｐｈ ｓｃ ｅ ａ ｇ ａ ｎ ｔｔ ｔ ｃ ｎ ｃ ｌ ｅ ｙ ｉ ｓｌ Ｃｈ ｎ ｓ Ａｃ ｄ ｍｙ 。 ｃｅ ｃ ￣．Ｓｈ ｎｇ ａ ０００ ｉｅｅ ａｅ ｆＳ ｌｎ ｅ ａ ｈ ｉ ２ 船 ． Ｃｈ ｎ ｉ ａ）
长波HgCdTe红外探测器的暗电流机理研究进展
Ｌｏ ｎｇ － ｗａ ｖｅ ｌ ｅ ｎｇ ｔ ｈ Ｈｇ ＣｄＴｅ Ｉ ｎｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ Ｄｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈ ｅ ｄ ａ ｒ ｋ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ ｏ ｆ Ｈｇ Ｃｄ Ｔ ｅ ｌ ｏ ｎ ｇ — ｗａ ｖ ｅ ｌ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ （ Ｌ ＷＩ Ｒ） ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｓ
第３ ７ 卷 第５ 期 ２ ０ １ ５年 ５月
红 外 技 术
Ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖ ０ ｌ ｌ － ３ ７ Ｎｏ ． ５
Ｍａ ｙ ２０１ ５
＜ 综 述 与评 论 ＞
长 波 Ｈｇ Ｃ ｄ Ｔ ｅ 红外探测 器 的暗 电流机理研 究进展
位［ 。
随着 红外 探测 技 术 的发展 ，Ｈｇ Ｃ ｄ Ｔ ｅ 红外 探测 器 已经 发 展到长 波 了 。第一 代 Ｈｇ Ｃ ｄ Ｔ ｅ红外探 测器
ＣＨＥＮ Ｘｉ ａ ｏ— ｓ ｈ ｕａ ｎｇ， ＸＵ Ｊ ｉ ａ ｏ， ＨＵ Ｗｅ ｉ — ｄ ａ， Ｗ ＡＮＧ Ｊ ｕｎ， ＣＨＥＮ Ｙｏ ｎ ｇ— ｇ ｕｏ，
Ｈ ＵＡ Ｎ Ｇ Ｙａ ｎ， ＺＨ ＯＵ Ｘｉ ａ ｏ — ｈ ａ ｏ， ＬＵ Ｗｅ ｉ
（ Ｎａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｌ ａ ｂ ｆ ｏ ｒ Ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄＰ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆＴ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ｆＣ ｏ Ａ Ｓ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ０ ８ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
10.6μmCO2激光对HgCdTe探测器破坏阈值的实验研究
第 ３ 卷第 ５ ３ 期
２ ０ 年 ５月 ０６
光 电工 程
Ｏｐ ｏ Ｅ ｅ ｔ ｎ ｃＥ ｇ ｎ ｅ ｉｇ ｔ ｌｃ ｒ ｉ ｎ ｉ ｅ ｒ ｏ ｎ
Ｖ Ｉ ３ Ｎｏ ５ ｏ． ． ． ３
Ｍ ｙ ２ ６ ａ ＇ ００
文章编号 ： １０—０ ２ ０）５ ０４ ３ ３５ ０ ６０— ０ 卜Ｏ ０ １ ｘ（
己ｌ ］Ｉ
言
口
ＨＣＴ ｇ ｄｅ光电探测器因具有高吸收系数、高量子效率、高探测率和宽响应波段等许多优点被广泛应用 于军事、工业和气象等领域 ，但是光电探测器容易受到强激光的干扰和损伤 ，使其失去探测能力，因而研 究各种强度的激光辐照对 Ｈ Ｃ Ｔ 探测器・ ￣造成的影响是十分重要的【。 ｇ ｄｅ ｌ匕 Ｉ日 ａ 土ｂ １ ． Ｊ Ｊ 光电探测器受激光破坏的研究方法一般是在各种工作条件下（ 如改变激光作用距离、 激光作用时间、 改 变激光脉冲频率 、改变激光波长或脉宽 、改变激光束形状等） 测量其相应的激光破坏阈值，进而分析其破 坏机理 ，并建立其模型 。对于光伏（Ｖ 型器件 ，直接测量其开路电压，而对于光导（ｃ 型器件 ，通过一 Ｊ Ｐ） Ｐ）
２ Ｔ ｅＣ ｉｅｅ ｅｐ ｅ ｉｅａｉｎ ｒ ｙＮ ． ８ １Ｌ ｏ ａ ｇ４ １０ ， ｈｎ ． ｈ ｈｎｓ ｏ ｌ Ｐ Ｌｂ ｒｔ Ａ ｍ ｏ６ ９ ， ｕ ｙ ｎ ７ ０ ３ Ｃ ｉａ） ｏ ３
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｕｎ ｅ ｅ ｉ ａ ｉｔ ｎ ｏ ｅ １ ．ｕ ＣＯ２ｌｓ ｒ ｔ ａ ｉ ｕ ｎ ｒ ｙ ｄ ｎ ｉ ， ｈ ｕ ｐ ｔ ｉ ｎ ｌ ｆ ｓｒ ｃ ： ｄ ｒ ｈ ｒ ｄ ａｉ ｆ ｈ ６ ｍ ｔ ｒ ｏ ｔ ０ ｅ ｒｏ ｓｅ ｅ ｇ ｅ ｓｔ ｔ ｅ ｏ ｔ ｕ ｇ ａ ａ ａｖ ｙ ｓ ｏ
10.6μm激光辐照碲镉汞红外探测器热损伤研究
红 外 技 术
Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖ＿ｍ 激 光辐 照碲 镉 汞 红 外 探 测 器 热 损 伤研 究
栗兴 良，牛春晖 ，马牧燕 ，吕 勇，耿 蕊
（北京信息科技大学 仪器科学与光 电工程学院，北京 １００１９２）
０ 引言
碲镉 汞材 料 的发 明 ，揭 开 了红外科 技 的新篇 章 ， 使 红外 技术进 入 了崭 新 的时代 。碲镉 汞卓越 的性能 ， 是其 他 红 外 材 料 没法 相 比 的 。经 过 半 个 多世 纪 的发 展 ，碲 镉 汞探测 器 经历 了 ３个 阶段 ：第 一代 陆军 通用 组件 ，第 二代高 性 能红外 焦平 面器件 和第 三代 高清 、 多波段 红 外焦平 面 器件 Ｌ１ Ｊ。在碲 镉 汞材 料发 明前 ，红 外 探测 主要 采用 非本 征半 导体来 实现 ，例 如锗掺 杂 非
．
ａｎｄ ｗｉｌｌ ｓｈｅｄ，ｔｈｅｎ ｔｈｅ ＨｇＣｄＴｅ ｉｎｆ ｒａｒｅｄ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｉｓ ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ｄａｍａｇｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ＨｇＣｄＴｅ， ｉｎｆｒａｒｅｄ ｄｅｔｅｃｔｏｒ， ｓｉｎｇｌｅ—ｐｕｌｓｅ ｌａｓｅｒ， ｌａｓｅｒ ｄａｍ ａｇｅ， ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ
本 征 红外探 测器 ，这类 探测 器 需要大 幅度 降低 温度 来 抑 制 材料 固有 的高热 激发 噪声 ，工作温 度 一般低 于 ２８ Ｋ，实 际运用 难 度很 大 ，制造 成本 也 很高 。碲 镉汞 材 料 则很 大程度 上解 决 了这些难 题 ，碲 镉 汞探测 器 的研 发 经历 了艰辛 的历 程 ，要 把碲 、镉 、汞 ３种 元素 组合 在 一起 ，需 要很 高 的汞蒸汽 压 ，巨大 的汞压 让研 究设 备 发生 了很 多次爆 炸 ，研 究人 员不得 不 降低温 度 ，这 样 就直接 影 响 了材 料 的机械 性 能 。直 到研究 人 员认识 到 用 ＣｄＴｅ和 ＨｇＴｅ两种化 合物 按 比例混 合来 合成 碲镉
PC型HgCdTe探测器对波段内外激光辐照的影响和吸收机制
图 １ 探 测 器 的 光 谱 响 应 曲线
实 验 中所 用 探 测 器 的 光 谱 响 应 曲 线 如 图 ｌ所 示 ， 中 横 坐 标 为 光 波 长 （ ， 坐 标 为 相 对 响 应 度 。 图 ｍ） 纵
ｌ ， ，
图 ３ 探 测 器 在 不 同 的 光 波 长 下 的 响 应 曲 线
图 ３中 给 出 了 探 测 器 在 不 同 的 光 波 长 和 不 同 的 光 功 率 密 度 辐 照 下 的 响 应 曲线 图 ， 图 中 可 看 出 ， 从
照 效 应 已 经 成 为 一 项 重 要 的 内 容
…
，
而 且 国内 外 已经 在 这一 领 域做
呈 罨
∞
了 大 量 的 研 究 工 作 。所 用 的 探 测 器 主 要 是 ＩＳ ，ｂ ， Ｃ Ｔ ｎ ｂＰ ＳＨｇ ｄ ｅ等 探 测 器 。碲镉 汞材 料 的电 子有效 质
的 Ｃ 激 光 辐 照 Ｐ 型 Ｈｇ Ｔ Ｏ： ｃ Ｃｄ ｅ探 测 器 ， 种 光 源 均 为 连 续 波 激 光 ， 长 为 １３ ９ ｍ 的 激 光 器 出 光 功 率 两 波 ．１
最 大 可 达 到 ７ 左 右 ， 光 功 率 以及 出 光 时 间 均 可 调 ； 光 器 的 出 光 功 率 最 大 可 达 到 ｌ 左 右 ， Ｏｗ 出 ＣＯ 激 Ｏｗ 出 光 功 率 也 可 调 节 。 激 光 辐 照 实 验 前 先 给 封 装 Ｐ 型 Ｈｇ ｄ ｅ探 测 器 的 杜 瓦 瓶 加 注 液 氮 ， 探 测 器 的 工 Ｃ ＣＴ 使 作 温度 为 ７ ７ Ｋ。
波段外激光辐照PC型探测器的反常响应机制
（9）
探 测 器 杂 质 密 度 n d ≈ 5 × 10 14 cm - 3 ， 图 3 表示由式 （1） ， （6） ， （8） ， （9） 联立计算出的电导率与温度的关系。 从以上计算结果可看出， 强激光 辐 照 造 成 的 温 升 对 HgCdTe 材料电导率的影响是不可忽略的， 因此需要考虑强 激光辐照引起的探测器温升情况。 2. 2. 2 激光辐照 PC 型探测器的温升计算 实验中激光束的光斑大小为 Ф = 2. 4 mm， 远大于探测 器的光敏元尺寸， 器件封装在液氮冷却的杜瓦瓶内， 杜瓦瓶 被抽真空后其对流散热和热辐射可忽略， 可以按 1 维热传 导问题来处理。
202
强
激
光
与
粒
子
束
第 18 卷
Fig. 2
Output of the detector under 10. 6 µm laser irradiation 图2 10. 6 µm 激光辐照下探测器的输出信号
（1） σ = enµ 式中： e， n 为电子密度。 σ 为电导率； µ 分别为电子的电量与迁移率； 当入射光子能量 hv 大于或等于材料的禁带宽度 E g 时， 会激发价带上的电子跃迁至导带， 形成电子-空穴 对， 从而增加载流子密度， 导致电导率增大， 这就是本征吸收引起的光电导。多数情况属于此类光电导效应。 不足以引起电子从带到带的跃迁， 但可以引起自由载流子 当入射光子能量 hv 小于材料的禁带宽度 E g 时， 在同一带内跃迁， 这种吸收称为自由载流子吸收。当电子吸收光子能量后其能量比热平衡状态时的大， 因此电 子和晶格系统不再处于热平衡状态， 此时电子温度 T e 必然高于晶格温度 T， 这种状态的电子称为热电子。此 时电子密度虽然不变， 而电子迁移率发生了变化进而引起电导率的变化。这种由自由载流子吸收产生的热电 ［ 7］ 。电导率的变化可表示为 子所导致的光电导现象， 称为光激发热电子光电导 （ T e ）- µ （ T） ］ （2） Δσ = en［ µ 0 （ Te ） ， （ T） 分别为热电子与热平衡电子的迁移率； Te ， T 分别为热电子与热平衡电子 （ 晶格） 的温度； n0 式中： µ µ 为热平衡电子密度。如果电子迁移率随着温度的升高而下降， 那么 Δσ 值小于零， 即电导率减小， 进而导致探 测器输出电压信号增大。下面讨论热电子光电导的具体表达式， 将式 （2） 进行级数展开， 在 1 阶近似下可写为 Δσ = en0 ∂µ （ T e - T） ∂T e T
激光辐照下PV型HgCdTe探测器反常响应机理
度） 对 传统 的漂 移一 散模 型进行 了改 进 ， ， 扩 并利 用改 进后 的模 型对 Ｐ 型 Ｈｇ ｄ ｅ探测 器 的响应 过程 进行 了数 Ｖ ＣＴ 值模拟 ， 计算 结果 能够 描述探 测器 的线 性 响应和饱 和效应过 程 ， 不 足之 处 在于计 算 中所选 取 的激光辐 照时 ］但 间过短 而没 能充 分考虑 探测 器温 升 的影 响 。文献 ［ ］ ９ 曾研究 过 Ｐ 型 Ｉ Ｓ Ｖ ｎ ｂ探测 器 的开路 电压 随 探测 器 温度 的
ａ
ｃ ｐ３
，： ， ： ＝是
Ｔ 十
＿ ｒ ）
）式 中 ： 为材 料 的质量 热容 ； ｃ ｐ为密度 ； ｋ为 热导 率 ； ａ为吸 收系数 ； 为 反射 率 。 ｒ 实验 中通 过 电子 快 门来 控 制激光 辐 照 的时间 ， 由于快 门速度 的限制 ， 载在 探测 器表 面 的激 光 强度并 不 是 加
・
收 稿 日期 ：０ ８０ —３ 修 订 日期 ：０ ８０ —１ ２ ０ —１０ ； ２ ０ —４２ 作 者 简 介 ： 元 兴 （ ９４ ） 男 ， 士 生 ， 事 激 光 与物 质 相互 作 用 方 面 的研 究 ；ｕ ｎ ｉｇｈ ＠ 】 ３ Ｃｒ。 贺 １８ 一 ， 硕 从 ｙ ａ ｘｎ —ｅ ６ ．Ｏ ｎ
测器 的分层结 构 。考虑 到实验 中激 光束 能够 完全 覆盖探 测器 光敏 面 ， 为简单 计 ， 可假 设 光敏 面上激 光能量 分 布 均匀 ， 这样探 测器 的温 升问题 可 以视为 １ 热传 导 问题 。在 如 图 １ 示 的坐标 系 下 ， 维 所 对应 的 ｌ 热传导 方程 为 维
摘
要 ： 利 用 Ｐ 型探 测 器 开路 电压 的 表 达 式 ， 考 虑 探 测 器 的 温 度 变 化 建 立 模 型 ． 激 光 辐 照 下 Ｐ Ｖ 并 对 Ｖ
波段外激光辐照PC型探测器的反常响应机制
Ｆｉ ．１ Ｒｅ ｐ ｎ ｅ ｓ ｅ ｔ ｕ ｏ ｈｅ Ｐ ｔ ｐ ｅ ｅ ｔ ｒ ｇ ｓ ｏ ｓ ｐ ｃ ｒ ｍ ｆｔ Ｃ－ ｙ ｅ ｄ ｔ ｃ ｏ
图 １ Ｐ Ｃ型 Ｈｇ ｄ ｅ探 测 器 光 谱 响 应 曲 光辐 照 时 ， 测器输 出电压信号 迅 速增 大 ， 探 与其 对波 段 内 激光 辐 照 的 响应 情 况 截 然不
同。因 为采 用 的是恒 流工作 模式 ， 以探测 器输 出信号 的增 大 即是 探测器 电阻 的增 大 ， 所 或者 说探 测 器材料 电导
率 的减小 。
２ Ｐ Ｃ型 探 测 器 对 波 段 外 激 光 辐 照 的 响 应 机 制
由实验 结果 可知 ， 较弱 的波 段外激 光辐 照时 ， 探测器 也 有 响应 ， 这说 明光导 型 半 导体 光 电探 测 器对 波 段外
外激光辐 照探 测器 的研 究较 少 。关 于波段外 Ｃ Ｃ 激光对 Ｐ Ｗ Ｏ Ｃ型 Ｈｇ ｄ 探 测 器 的辐 照效应 ，０ ３年我 们 Ｃ Ｔｅ ２０
进行 了研究ｃ ］发 现用 波段 外 的 ｌ ． ｍ 激 光辐 照 Ｐ ５ ， Ｏ６ Ｃ型 Ｈｇ ｄ 探 测器 时 ， 测 器 有 响应 且 响应 规 律 与响 Ｃ Ｔｅ 探
激光 辐照 的响应 ， 不仅 是热效 应 引起 的 ， 主要 的是还存 在着 光学效 应—— 光激 发 热 电子光 电导 。 更
２ １ 光 激 发 热 电 子 光 电 导 ．
由于 空穴迁 移率 比电子 迁移 率小得 多 ， 以只考 虑电子对 电导率 的贡献 。 电导率 公式 为 可
＊ 收稿 日期 ：０ ５０ －４ ２ ０ －７１ Ｉ 修 订 日期 ：０ ６０ ＿６ ２ ０ －ｌ２ 基 金项 目 ： 岛 科 技 大 学 引进 人 才 科 研 启 动 基 金 资 助 课 题 ； 家 ８ ３计 划 项 目赘 助 课 题 青 国 ６ 作者简介 ： 马丽芹（ ９ ３ ）女 ， １６ 一 ， 教授 ， 博士 ， 主要从事工程光学 、 激光 与物质相互作用方面的教学与科研工作 ； ｌ ｉ２ ６ ．ｏ 。 ｍａｉ ｎ ＠１ ３ ｃｒ ｑ ｎ
中波双色光伏型HgCdTe红外探测器模拟研究
ｓｏ ｓ ，ｑ ａ ｔｍ ｆ ｃｅ ｃ ｎ ｄ ｉｎ ｔ ｎ ｃｐ ｃｔｎ ｅｗｅｅｃ ｃ ｌｔｄ ｎ ｄ ｔｅｃｏｓａｋ ｂ ｔ ｅ ｏｂ ｄ ｎ ｈ ｕ ｃ ｐ ｎ ｅ ｕ ｕ ｅ ｉｎ ｙ，ａ ｕ ｃ ｏ ａ ａ ｉ ｃ ｒ ａ ｕａｅ ，ａ ｈ ｒｓｔ ｅｗｅ ｎｔ ａ ｓａ ｄｔｅｆｎ ． ｎ ｉ ｉ ａ ｌ ｌ ｗ ｎ
ＮＵＭ ＥＲＩ ＣＡＬ ｏＤＥＬＩ Ｍ ＮＧ ｏＦ Ｉ Ｍ ＤＤＬＥ ＡＶＥＬＥＮＧＴＨ Ｗ
Ｔ Ｏ－ Ｗ ＣＯＬＯＲ ＨｏＴｏＶｏＬＴＡＩ Ｈｇ Ｔ Ｐ Ｃ Ｃｄ ｅ ＤＥＴＥＣＴｏＲＳ
ＸＵ ａ ｇ Ｙａ ＹＥ ｅ — Ｘｉｎ — ｎ， Ｚｈ ｎ Ｈｕａ， ＬＩＺ — ｎｇ， ＬＵ ｅ ｈｉＦｅ Ｗ ｉ
ｔｎｏ ａ ｉｒ ａｅ ｅｅａａｙｅ ｎｄｔ ｌ ｈ ａ ｕ ｔ ｎｒｓｌ ｈｗ ｔａ ｔｅｉ ｒｒｄｒｄａｏ ｒ ｓ ｉｅ ｈｏｇ ｉ ｆ ｒｅ ｙｒ ｒ ｎ ｚｄｉ ｅ ｉ ｏ ｂｒ ｌ ｗ ｌ ａ ．Ｔ ｅｃ ｃｌ ｉ ｅｕ ｓｓｏ ｈｔ ｈ ａｅ ａｉ ｎ ｔ ｍｔ ｄｔｒｕ ｌ ａｏ ｔ ｆ ｎ ｉ ｔ ｎ ａ ｔ ｈ
热电制冷HgCdTe中波红外探测器的研制
段 ，在红 外 热成 像 、红 外制 导等 方面 有独 特优 势 。碲 Ｋ 的情况 下 ，响应 时间和探 测率 上 的性能都 远优 于单 镉汞 （ Ｈｇ Ｃ ｄ Ｔ ｅ ）材料 是重 要 的红 外探 测器 材料 之 一 ， Ｈｇ Ｃ ｄ Ｔ ｅ红 外探 测器 具 有探 测灵 敏度 高 、响应 速度 快 、 响应 波段 范 围可 调等 特 点 ， 已广 泛应 用 于红 外成 像 、 制 导和航 天 遥感 等 军事 和 民用领 域 。 中波 Ｈｇ Ｃ ｄ Ｔ ｅ红 外探 测器 的工作 温度 较 高 （ 可在 １ ５ ０ Ｋ 左右 工作 ）［ １ １ 。 第 一代碲 镉 汞 红外探 测 器主 要 是多元 光 导型 ，但 是第
第３ ９卷 第 ８期
红 外 技 术
Ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖｏ １ ． ３ ９ ＮＯ ． ８
Ａ ｕｇ ｕｓ ｔ ２ ０１ ７
２ ０ １ ７ 年８ 月
热 电制 冷 Ｈｇ Ｃ ｄ Ｔ ｅ中波 红外 探 测 器 的研 制
苏玉辉 ，冯江敏 ，赵 维艳 ，龚晓 霞，马 启 ，邓功荣 ，余连杰
Ｈｇ ＣｄＴ ｅ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ｐ ｌ ｉ ｃ ｉ ｎｇ ａ ｎ ｄ ｐｏ ｌ ｉ ｓ ｈ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏｌ ｏｇ ｙ ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ － ｓ ｔ ａ ｇ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｒ ｅ ｒｉ ｆ ｇ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
０ 引 言
中波 红 外 （ ３ ～５ ｒ ｔ ｍ）是 重要 的军 用红 外探 测 波
车 热轴 测温报 警和 油气 管道监测 等领 域＿ ４ Ｊ 。２ ０ １ ０年，
MMVCX光伏型HgCdTe中波探测器暗电流温度特性
ｌ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ Ｈｇ Ｃｄ Ｔ ｅ ｉ ｎ ｆ ｒ ｒｅ ａ ｄ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｉ ｃ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ．Ａ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｔ ａ ｎ ｅ ｏ ｕ ｓ — ｍｏ ｄ ｅ ｎ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｉ ｆ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ ｆ ｏ ｒ ， ｌ — ｏ ｎ —
２ ． Ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｆ ｏ ｒ Ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ Ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ，Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ，
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． １ １ ９ ７ ２ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １— ９ ０ １ ４ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ３ ． ０ ０ ８
ＭＭＶＣ Ｘ 光 伏 型 Ｈｇ Ｃ ｄ Ｔ ｅ中 波 探 测 器 暗 电 流 温 度 特 性
王 鹏 ， 何家 乐 ， 许 娇 ， 吴明 在ｈ， 叶 振华 ， 丁 瑞军 ， 何 力
Ｐａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｅ ｘ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｈ ｅ ｄ ａ ｒ ｋ ｃ ｕｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｃ ｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ０ ｆ ｍｉ ｄ－ ｗａ ｖ ｅ ｌ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ Ｈｇ Ｃｄ Ｔｅ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｄ ｉ ｏ ｄ ｅ ａ ｆ ｔ ｅ ｒ ａ ｎ ｎ ｅ ａ ｌ ｉ ｎ ｇ
（ １ ． 安徽 大学 物理与材料科学学 院， 安徽 合肥 ２ ３ ０ ６ ０ １ ；
２ ０ ０ ０ ８ ３ ） ２ ． 中国科学院上海技术物理研究所红外物理 国家重点实验室 ， 上海
热电制冷HgCdTe中波红外探测器的研制
热电制冷HgCdTe中波红外探测器的研制苏玉辉;冯江敏;赵维艳;龚晓霞;马启;邓功荣;余连杰【摘要】利用碲镉汞(HgCdTe)体晶材料,采用HgCdTe材料拼接技术、磨抛技术等成熟的探测器芯片制备工艺以及三级热电制冷技术,设计并研制出了热电制冷型13元HgCdTe中波红外光导探测器.在-50℃时,峰值电压响应率可达2.7×104V/W,峰值探测率达到2.3×1010 cm·Hz1/2·W-1,响应波段在3.0~4.6μm之间,峰值响应波长为4.2μm.%By using bulk HgCdTe crystal materials, the detector chip preparation process including HgCdTe material splicing and polishing technology, and three-stage thermoelectric refrigeration technology, a thermoelectric-refrigerator-type 13-pixel HgCdTe photoconductive mid-wavelength infrared detector is designed and manufactured. At a temperature of-50℃, the peak voltage response can reach 2.7×104V/W, the peak detection reaches 2.3×1010cm·Hz1/2·W-1, and the response band is in the range of 3.0-4.6μm with a peak response wavelength of4.2μm.【期刊名称】《红外技术》【年(卷),期】2017(039)008【总页数】4页(P700-703)【关键词】红外探测器;碲镉汞;热电制冷【作者】苏玉辉;冯江敏;赵维艳;龚晓霞;马启;邓功荣;余连杰【作者单位】昆明物理研究所,云南昆明 650223;昆明物理研究所,云南昆明650223;昆明物理研究所,云南昆明 650223;昆明物理研究所,云南昆明 650223;昆明物理研究所,云南昆明 650223;昆明物理研究所,云南昆明 650223;昆明物理研究所,云南昆明 650223【正文语种】中文【中图分类】TN304.8中波红外（3～5mm）是重要的军用红外探测波段，在红外热成像、红外制导等方面有独特优势。
红外探测器辐照机理分析及辐照试验验证
红外探测器辐照机理分析及辐照试验验证李敬国; 温建国; 陈彦冠【期刊名称】《《激光与红外》》【年(卷),期】2019(049)009【总页数】5页(P1095-1099)【关键词】HgCdTe; 红外探测器; 抗辐照【作者】李敬国; 温建国; 陈彦冠【作者单位】华北光电技术研究所北京100015【正文语种】中文【中图分类】TN2141 引言工作在太空中或者核工厂的红外探测器会受到各种辐射源的影响,比如:γ射线、X 射线、质子、中子、电子等各种离子源,这些离子源会对HgCdTe红外探测器产生各种辐射效应,主要包括电离损伤效应、瞬态效应、位移损伤效应,最终使红外探测器性能衰减甚至失效。
因此,研究这三种辐射效应对HgCdTe红外探测器性能的影响机理,进而采取相应的抗辐照加固措施,对工作在辐照环境下的红外探测器具有非常重要的意义。
2 HgCdTe红外探测器混成芯片组成HgCdTe红外探测器混成芯片一般通过铟柱互连技术将红外探测器和处理芯片倒装互连在一起,形成完整的混成芯片,如图1所示。
这种技术的主要优点是其可以单独对红外探测器材料和信号处理芯片进行单独优化设计,填充因子可以接近100 %,可以提供信号处理电路比较大的面积以实现芯片智能化。
本文主要分析混成芯片的HgCdTe红外探测器受辐照影响机理及抗辐照加固工艺方法研究。
3 HgCdTe红外探测器受辐射影响机理分析辐射对HgCdTe红外探测器影响的三种基本效应分别为:总剂量效应、瞬态辐射效应、位移损伤效应[1]。
图1 红外探测器芯片组成Fig.1 Schematic of IR detector3.1 剂量辐射效应受辐照影响,钝化层中电离产生的载流子受俘获形成固定电荷导致平带电压偏移；同时,钝化层中产生的电子空穴通过复杂的传输、键断裂,产生表面俘获态,进而产生热暗电流(表面漏电)并俘获少数载流子,表面态也会导致平带电压的偏移。
探测器衬底中的电子空穴通过扩散、漂移的方式进行传输,这样被当成瞬态信号,其实并非真正的信号。
HgCdTe红外探测器性能分析
50
50
100
150 T (K)
200
250
300
图1
截止波长为 3 m 的碲镉汞探测器，探测率随探测器工 作温度变化，水平线给出的是，波长为 3 m，视场角 时 300 K 背景限制下的探测率（BLIP）
图2
截止波长为 5 m 的碲镉汞探测器，探测率随探测器工 作温度变化，水平线给出的是，波长为 5 m，视场角 时 300 K 背景限制下的探测率（BLIP）
10
17 16 15 14 13 12 11 10 9
18
= 3 m
c
10 D (cmHz / W) 10 10 10 10 10 10
= 5 m
c
BLIP: 300K, 3 m 10 10 10 10
16
BLIP: 300K, 5 m
14
*
12
10
*
1/2
10 100 150 T (K) 200 250 300
bkg
d
2 物理机理与计算结果讨论
当背景辐射产生的随机起伏噪声大于探测器材 料内部载流子热激发产生的噪声时，探测器性能便达 到了背景辐射噪声限制下的探测率极限，通常称为背 景限。背景辐射随机起伏噪声是探测器性能的一个限 制因素，它来自探测器的外部，并非是探测器自身的 内部限制因素。热探测器和光子探测器最根本的性能 限制因素是探测器材料内部热激发产生的热噪声。然 而，这种热噪声的大小与探测器本身的温度直接相 关。降低探测器的温度，就可以减小探测器本身的热 激发噪声，从而提高探测器的灵敏度。 客观地评估红外热探测器的性能，就必须依据探 测器最基本的物理限制机理：热激发噪声。在此基础 上导出的探测率与温度的关系有着明确的物理意义： 探测器必须在此温度或低于此温度工作，才可能达到 背景随机起伏噪声限制下的探测率。因为，任何处于 平衡的物体，都存在与之平衡的黑体辐射，频率足够 高的黑体辐射在晶体中传播的过程中，不断被吸收， 产生电子、空穴对。半导体热平衡时的电子、空穴对 的产生率正是通过晶体吸收的黑体辐射而激发的。 图 1 给出以 300 K 为辐射背景， 截止波长为 3 m 的碲镉汞热探测器，其探测率随工作温度的变化。在 背景辐射温度为 300 K 时，对截止波长为 3 m 的碲 镉汞热探测器， 当探测器的工作温度为 205 K 左右时， 探测率达到了背景限制的探测率性能： 1.14 × 1012 － cmHz1/2W 1，这时，若提高探测器的工作温度，探测 率将随温度的上升而急剧下降；但另一方面，如果继
用于红外探测的HgCdTe光电二极管:述评(下)
用于红外探测的HgCdTe光电二极管：述评(下)
高国龙
【期刊名称】《红外》
【年(卷),期】2002(000)012
【摘要】@@ 3光伏HgCdTern从20世纪60年代后期开始,常规的n型HgCdTe光导体被用于许多星载仪器,如需要截止波长长达20μm的多光谱辐射计和需要对重要的15μm大气CO2波段具有高灵敏度的大气探测仪.人们充分认识到,对于遥感仪器来说,光伏HgCdTe较之光导HgCdTe具有许多优点,例如,1/f噪声非常小;无偏压功率;阻抗非常大,可以与低噪声硅CMOS多路传输器相匹配,从而实现大型二维混成焦平面列阵;结构通用性好,适用于具有密集元件的二维列阵;线性度较好,为10x～100x;具有直流耦合功能,这可以用来测量总的入射光子通量;背景限红外光导D*极限较高,为√2.在过去的10年中,一些高级星载多光谱仪器已经利用光伏HgCdTe的优点获得了前所未有的灵敏度和光谱分辨率.
【总页数】5页(P34-38)
【作者】高国龙
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TN2
【相关文献】
1.砷掺HgCdTe长波红外光电二极管阵列的制备与性能 [J], 李海滨;林春;陈兴国;魏彦峰;徐竟杰;何力
2.用于红外探测的HgCdTe光电二极管:述评(上) [J], 高国龙
3.用于高分辨率成像的1500元中波红外和长波红外HgCdTe线列阵（下） [J], Cham.,JP;顾聚兴
4.红外光纤与1—3μm HgCdTe红外探测器组合 [J], 周书铨;司承才
5.在分子束外延P型HgCdTe薄膜上制造长波红外平面光电二极管 [J], Ovsy.,VN;顾聚兴
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卫星用长波HgCdTe探测器的研究
卫星用长波HgCdTe探测器的研究
方家熊;徐国森
【期刊名称】《红外研究》
【年(卷),期】1990(009)002
【摘要】报道了卫星用长波HgCdTe红外探测器的性能。
提出用波段探测率
D_(Δλ)~*的概念来表征在105K下特定波段10.5～12.5μm工作的探测器性能。
D_(Δλ)~*的值在1～3×10^(10)cmHz^(1/2)W^(-1)范围内,可靠性试验结果表明,探测器的失效率小于2.5×10^(-5)。
【总页数】6页(P123-128)
【作者】方家熊;徐国森
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】V474.24
【相关文献】
1.长波HgCdTe红外探测器的暗电流机理研究进展 [J], 陈效双;许娇;胡伟达;王俊;陈勇国;黄燕;周孝好;陆卫
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3.长波大面积HgCdTe光导红外探测器的研究 [J], 王子孟;方家熊
4.长波光导HgCdTe探测器芯片钝化研究 [J], 盛海云;贾宝军;孙海燕
5.HgTe-HgCdTe超晶格光电探测器在长波红外区获得高的响应率 [J], 高国龙
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HgTe-HgCdTe超晶格光电探测器在长波红外区获得高的响应率
HgTe-HgCdTe超晶格光电探测器在长波红外区获得高的响
应率
高国龙
【期刊名称】《红外》
【年(卷),期】2011(32)4
【摘要】据《Laser Focus World》杂志报道,HgTe-HgCdTe超晶格是由许多层两种厚度仅为纳米级的膜层交替叠加而成的。
当用于红外光导探测器时,这种超晶格具有高的吸收性能而且其截止波长也能得到很好控制。
但是直到现在,人们几乎没有看到过有关用于长波红外区的这种探测器的制备和使用数据。
【总页数】1页(P47-47)
【关键词】光电探测器;超晶格;外区;长波;World;光导探测器;截止波长;吸收性能【作者】高国龙
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】O471.4
【相关文献】
1.长波和甚长波及其双色InAs／GaSb二类超晶格红外探测器的研究进展 [J], 张艳华;马文全;卫炀;黄建亮;曹玉莲;崔凯;郭晓璐;邵军;
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Ｈｇ ｄ ｅ 电探测 器在 响应 波段 内激 光 辐 照 下 的实 验 现 象 、 论 分 析 以及 温度 场 数 值 模 拟 等 研 究 工作 ¨ 。 ＣＴ 光 理 ］
第 ２ ２卷第 １ １期
２１ ０ ０年 １ １月
强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩ ＧＨ ＰＯＷ ＥＲ ＬＡＳＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩ ＣＬＥ ＢＥＡＭ Ｓ
Ｖｏ ． ２ １ ２ ，Ｎｏ １ ． １
Ｎｏｖ ．， ２ １ ００
文 章 编 号 ： １ ０ —３ ２ ２ １ ） １２ ３ — ５ ０ １４ ２ （ ０ ０ １ －５ ５ ０
Ｆ ｇ Ｓ ｅ ｔ ｕ ｒ ｓ ｏ ｓ ｆｄ ｔ ｃ ｏ ｉ ．１ ｐ ｃ ｒ ｍ ｅ ｐ ｎ ｅ ｏ ｅ ｅ ｔ ｒ
Ｆｉ ２ Ｓ ｃ ｒ ｍ ｒ ｎ ｍｉ ｓ ｉ ｎ ｏ Ｓ ｇ． ｐｅ ｔ ｕ ｔ ａ ｓ ｓ ｔｏ ｆＺｎ
图 １ 探 测 器 的光 谱 响 应 曲 线
图 ２ Ｚ Ｓ窗 口材 料 的 光 谱 透 过 率 曲线 ｎ
＊ 收 稿 日期 ：０ ０ ０ — １ ２ １—１１ ；
修 订 日期 ： ０ ０ ０ — ８ ２ １—３０ 基 金 项 目 ： 防预 研 项 目 （ ０ ４ １ ２ ０ ０ ） 国 ２ ０ ４ ３ ６ １ １ 作者简介 ： 李 莉 （９ ９ ） 女 ， 士研 究 生 ， 要 从 事 激 光 与 物 质 相互 作 用 方 向 的研 究 ；ｌｙｍｏ ＠ ｓ ａ ｃｒ。 １７一 ， 博 主 ｉ ａ ｎ ｉ ．ｏ ｌ ｎ ｎ
外激 光对 Ｐ 型光 电探 测器 的干扰 和毁 伤研究 尚未 见报 导 。本 文实 验 主要 观 察 了波 段外 １ ． ｍ 激 光对 Ｐ Ｖ ０６ Ｖ
型 Ｈｇ ｄ 光 电探测 器 的辐照现 象 ， 对其 机理进 行 了定性 分析 。 Ｃ Ｔｅ 并
１ 实 验 装 置
实验用 Ｐ Ｖ型 Ｈｇ ｄ ｅ 电探 测器 ， 带宽 度 为 ０ ６ ７６ ｅ 响应 的峰 值 波 长 为 １ ３ ５ ｍ， 止 频率 在 ＣＴ 光 禁 ． ５ Ｖ， ． １ 截 １ ３ ５， 附近 。探测 器光谱 响应 曲线 如 图 １ ．３ ｕ ｍ 所示 ， 以看 出 ，０ ６ 可 １ ． ｍ 激 光远 在探 测器 的截止 频率 以外 ， 为响 应波段 外激 光 。探 测器 工作 温度 为 ７ 封装 在液 氮制冷 的杜 瓦瓶 内，窗 口材料 为 Ｚ Ｓ 其光 谱透射 率 曲线如 ７Ｋ， ｎ，
图２ 示 。 为探 测 器 的 结 构 ， Ｃ Ｔｅ 片 光 敏 面 尺 寸 为 中 ． ｍｍ ， 环 氧 胶 粘 接 于 Ａ１Ｏ。 底 上 ， ｚ 。 所 图３ Ｈｇ ｄ 芯 ２５ 用 ｚ 衬 ＡｌＯ
１Ｏ Ｏ
８Ｏ
６ ０
４ ０
２ ０Biblioteka ０ ／ ０． ９ １０ １ １ ｌ２ ｌ３ ｌ４ １ ５ ２ ４ ６ ８ ｌ １ ｌ １ ｌ ２ ２ ２ ０ ２ ４ ６ ８ ０ ２ ４ ｗａ ｅ ｅ ｇ ｈ／ｕ ｖ ｌｎ ｔ ｍ ｗａ ｅ ｅ ｇ ｈ／ｇ ｖ ｌｎ ｔ ｍ
由于波段外 激光 吸收 系数很 小 ， 般不 会对探 测 器产生 毁伤 ， 一 然而 ， 文献 Ｅ ］ ８ 通过 波段 外 激光 对 Ｐ Ｃ型 光 电探测 器 的辐照 现象及 机理研 究发 现 ， 在一定 条件 下 ， 段外激 光辐 照能 够对 Ｐ 波 Ｃ型 探测 器 产生 干扰 和 毁伤 。但 波段
照功 率 密 度 下 探 测 器 的响 应 输 出随 激 光 功 率 密 度 变 化 的 一 系 列 实 验 结 果 。观 察 到 探 测 器 对 波 段 外 激 光 的 电 压
响应 方 向与 波 段 内激 光 的 电压 响 应 方 向 相 同 ， 波 段 外 激 光 功 率 密 度 升 高 ， 测 器 的 电 压 响 应 值 先 增 大 后 减 随 探 小 。分 析 认 为 ： 现 象 是 由于 探 测 器 材 料 的 弱 吸 收 和 基 底 材 料 的强 吸 收 在 不 同时 刻 产 生 的 不 同 的 温 度 梯 度 ， 该 与
材 料 的整 体 温 升 共 同 作 用 的 结 果 。该 温 度 梯 度 在 探 测 器 内 产 生 温 差 电 动 势 ， 热 激 发 的 电 子 空 穴 对 在 温 度 梯 而
度 的作 用 下 定 向运 动 被 结 电 场 分 离 ， 生 热 生 电动 势 ， 生 电 动 势 是 波 段外 激光 辐 照 下 Ｐ 型 探 测 器 中 电动 势 产 热 Ｖ
产 生 的主 要 机 制 。
关 键 词 ： 激 光 辐 照 效 应 ； Ｐ 型 Ｈｇ ｄ ｅ 电探 测 器 ； 波 段 外 激 光 ； 热 生 电 动 势 Ｖ ＣＴ 光
中 图分 类 号 ： ＴＮ２ ９ ４ 文 献标 志码 ： Ａ ｄ ｉ１ ． ７ ８ ＨＰＬ ２ ０ ２ｌ ． ５ ５ ｏ ：０ ３ ８ ／ ＰＢ ０１ ２ １ ２ ３
Ｈｇ ｄ 材料 是一 种理 想 的红外探 测器 材料 ， Ｃ Ｔｅ 电子有 效 质量小 ， 迁移 率 高 ， 流子 寿命长 ， 载 由其 制成 的光 电
探测 器具有 噪声 低 、 测率 高 、 探 响应时 问短 和响应 频带 宽等 优点 。 随着 Ｈｇ ｄ ｅ光 电探 测器 的广泛应 用 ， 究 ＣＴ 研
波 段 外 １ ． Ｌ 激 光 辐 照 中 红 外 Ｐ 型 ０ ６Ｉ Ｊ ｍ Ｖ Ｈｇ Ｔ Ｃｄ ｅ光 电探 测 器 机 理 分 析
李 莉， 陆启生
（ 国防 科 学 技 术 大 学 光 电科 学 与 工 程 学 院 ， 沙 ４０ ７ ） 长 １ ０３
摘
要 ： 用 波 长 为 １ ． ｍ 的波 段 外 连 续 波 激 光 辐 照 Ｐ 型 Ｈｇ ｄ ｅ中红 外 光 电探 测 器 ， 到 了 不 同 辐 ０６ Ｖ ＣＴ 得