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红外焦平面器件是遥感应用卫星对地观测平台的关键器件,当前我国对高分辨率、高灵敏度空间红外焦平面相机的需求十分迫切。我所对空间用长线列焦平面器件进行了研制工作,在国内首次成功实现碲镉汞中波长线列红外焦平面与斯特林制冷机集成组件演示成像,获得了高分辨率演示成像图像。
高性能的红外焦平面器件一般采用混成结构,由窄禁带半导体材料(如碲镉汞、锑化铟等)制备对红外敏感的光敏元列阵,通过互连技术与硅读出电路实现耦合连接。在长线列中波碲镉汞焦平面器件的研制过程中,作者发现碲镉汞红外线列器件出现了一些均匀性较差的情况,响应率有规律的分开为两组。探知产生该现象的原因,对提高器件性能,满足器件设计要求有重要作用,并对以后改进和研制焦平面器件有很大的指导作用。
针对这种响应不一致现象,从各种可能的因素入手,通过实验对其进行验证,结合测试数据分析,并建立解释模型,论文内容可归纳为如下工作:
1.器件结构的分析及现象的确定。烘烤能加速碲镉汞红外线列器件奇偶像元响应率分开现象的出现,这种现象来自该类器件结构上的不对称性。
2.暗电流分析。变温测试奇偶元的电流电压曲线,对两种像元进行暗电流分析,得到奇元产生复合电流和表面漏电流远大于偶元,说明靠近奇元一侧表面缺陷大于偶元。在测试中还发现,I-V曲线过零偏压电流值为正值这个反常现象,经分析知道该电流是由结电容在测试系统扫描时充放电带来的。
3.公共电极的MS界面特性验证实验。实验结果表明,在多次烘烤后,该界面的结特性会更加明显,对光伏器件伏安特性产生一定影响,而且还表明该界面对光辐照有响应。
4.表面复合速率对光敏元收集过剩载流子的影响。建立器件分析模型,利用扩散方程计算过剩载流子分布,结果表明,电极金属界面表面复合速率越大,光敏元收集过剩载流子能力越小。对结区进行LBIC测试,得到像元响应分布图像,证明奇元的响应区域面积小于偶元。
5.改进版图后器件测试。针对公共电极不对称结构,改进版图,经烘烤后未出现奇偶像元响应分开现象。