硅基红外探测器的研究进展

Ge/Si量子阱和纳米岛探测器
该类材料与标准硅工艺完 全兼容，因此使用SiGe/ Si异 质结构运用能带工程来实现新 的功能器件以弥补常规Si器件 的不足
RCE-PIN结构探测器可以在保持速度的同时大大提高器件的响应度并且具有波 长选择性，兼有滤波器和探测器的功能，可以应用于集成光接收机芯片中。 见图9：上下反射镜均采用SiO2/ Si 多层介质膜，吸收区为10层8ML-Ge/33nmSi。
探测器分类
红外探测的应用
被动红外探测器
环境探测器
红外探测器原理
被动红外探测器
被动红外探测器本身不发出信号，只是被动接收外界的红 外能量。当人体移动时，人体温度与周围环境温度存在差别， 这种差别的变化通过被动探测器的处理后输出报警信号。
被动红外探测器
双元红外探测器
被动红外探测器主要功能
把2个性能相同，极性相反的热释电传感器整合在一起 的具有两个探测源的探测器就是双元探测器。
当 x >0.5 时 , Si1-xGex/Si应变层的带隙低于纯锗, 这意味着 Si1-x Gex/Si 有可能成为用于通信的 1.3μm ～ 1.55μm 红外光电探测器的理想材料
Si1-xGex/Si 应变层超晶格光电探测器,从 1986 年以来 AT &T 、Bell 实验室的 Luryi等人就陆续取得了进展
1988 年 T .P .Pearsall等人[ 3] 依据直接跃迁机理, 制备了一个布里渊源自文库折叠 GeSi 超晶格红外探测器, 其红外响应波长为 1.4μm
1991 年美国麻省理工学院林肯实验室研制了一种分辨率为 320 ×244 的成像器, 该成像 器采用 响应波 长超过 10.5μmSi1-xGex/Si 异质结 红外探测器
PtSi 红外探测器
P 型 Si 衬底上 PtSi 薄膜主要用于3μm ～ 5μm 波长范 围的红外探测, 由于其可采用标准的集成电路工艺在硅衬底上制备， 同时在二维大面阵红外探测器阵列中,它还具有其他探测材料无法比拟 的均匀响应度，因此, 可制造出具有低噪声 、低成本 、大面积、均匀 性好的探测器阵列。
a) 分子吸收或辐射电磁波能量的选择性 b) 近红外段（0.76~25um)红外辐射的能量很大 我们正是利用了上述两个特点，制成了红外探测器，即利用特殊气 体分子选择性吸收近红外波段较大的辐射能后产生膨胀。通过膨胀导 致的电容变化来间接探测红外线的存在和强度
这种新结构的优点
a) 可在室温下工作，无需制冷 b) 具有一定的选择性，通过选择不同的气体可制成不同波段的红外探测 器 c) 响应速度较快，灵敏度较高 d) 可与现有硅工艺兼容，工艺简单，成本低，体积小。
谢
谢
PtSi 肖特基势垒红外焦平面良好的响应均匀性和大规模集成 电路工艺的高度兼容性使其在长线阵和大面积阵列中得到迅速发展,在 短、中波红外的应用已走向实用化, 在3μm ～ 5μm 的中红外波段的军 用和商用市场上成为 HgCdTe 红外探测材料的有力竞争对手,具广阔 的应用前景
沉积在
新型硅基红外探测器的研制
非本征硅红外探测器
Si1-xGex/Si 异质结红外探测器
PtSi 红外探测器
硅基 HgCdTe 红外探测器
Si1-xGex/Si 异质结红外探测器
Si1-xGex 与 Si 是两种晶格失配材料，如果在 Si 上外延生长Si1-xGex 的合金的厚度足够薄(小于临界厚度), 可以获得无界面失配位错的 Si1-x Gex 应变层， 利用 MBE 和M OCVD 等现代薄膜生长技术, 已可以生长完美的 Si1-xGex/Si 应变层超晶格材料
几种探测器材料
1
1碲镉 汞 (MCT ) 探测率较高,当Hg1-xCdx Te 合金组份 x 从 0 变到 1 时, 禁带宽度从 0 变到 1.6eV , 量子效应高，材料均匀性比较差且很不稳 定, 不易制成大面积的红外焦平面，也不容易与用 硅制造的读出电路集成在一 起.
2AlGaAs/GaAs 多 量 子 阱 远 红 外 探 测 器 (QWIP)
研究前景
以硅为衬底材料研制的红外探测器 , 克服了不易与集成电 路工艺兼容的缺点 , 可在硅衬底上采用硅集成电路工艺技 术较好获取与处理信息, 并进一步降低了成本, 提高了成品 率, 其军用、民用市场前景看好, 但器件均匀性有待改善 , 填充系数还需增大, 并进一步提高探测率, 今后红外探测器 将主要向中波和长波方向发展并开拓更为广阔的民用市场.
均匀性优于MCT ，但不能在垂直光照射下激发，不 易与硅集成
为此 ,人们对衬底材料的研究转向了硅, 硅材料不 仅热导性好, 机械强度高和缺陷少 , 而且价格低廉, 并能获得大直径单晶 ,同时硅的集成技术已发展到 相当成熟的阶段, 使硅基器件在红外探测方面的应 用越来越受到人们的重视.
硅基红外探测器
Si1-x Gex/Si 异质结红外探测器的响应波长可 调 , 可同时工作于 3μm ～ 5μm 和 8μm～ 14μm 两个大气窗口, 在长波范围内量子效率高于硅化物 肖特基势垒探测器，随着外延技术的发展 , 利用 成熟的硅工艺技术能够制作均匀性好 、易于集成 、 成品率高 、成本低 、热稳定性好的新型 Si1xGex/Si 异质结红外探测器 ,使硅材料技术进入到 新的领域.
硅基红外探测器的研究进展
小组成员
1116650114 唐喜 1116650116 俞奇苗 1116650120 章福林
1 2
引
言
研究背景 新的进展 前景展望
3
4
概 述
5 6
引言
红外探测器在军用技术、空间技术的研究与开发和 国民经济各方面都发挥着重要作用 . 探测器材料 是研 制红外探测器 的基础和前 提 。
从原理上来讲，该传感器属于热探测器的气动探测器，传统的气动探 测器高莱探测器原理为
新结构的特殊点：
a) 新结构是在硅基上实现的 b) 新结构内冲入的是一种特殊气体，它对特定波段的红外线有明显的吸 收 c) 新结构内没有吸收膜 d) 直接测量形变导致的电容变化
总之新型红外探测器的工作基础可以概括为两点
作用：提高灵敏度，减少误报率
被动红外探测器主要功能
防小宠物功能
移动物体的速度、热释红外能量的大小
被动红外探测器主要功能
温度补偿
自动平衡入侵信号的增益,不会因环境温度影响灵敏度， 从而保持外来入侵者的信号可以被准确捕捉到。
（冬季）
（夏季）
在冬季，环境温度较低，红外线信号波动较大，报警电压阀值自动提高， 有效减少误报；但是在夏季，由于环境温度较高，红外线信号波动较小， 报警电压阀值自动降低，有效减少漏报.