国外PtSi-SBIRFPA的技术进展及市场前景

程开富

文章摘要:本文全面深入地介绍了PtSi肖特基势垒红外焦平面阵列(PtSi-SBIRFPA)的技术进展及市场前景．从制作技术、像元集成度、NETD、光响应均匀性、量子效率、成品率和成本方面把PtSi单片式红外焦平面陈列(PtSi-MIRFPA)与InSb和HgCdTe混合式红外焦平面阵列(InSb和HgCdTeHIRFPA)技术作了详细的比较，评述了PtSi-MIRFPA技术的发展现状和面临的现实，分析了PtSi-MIRFPA技术的应用范围，目前的市场状况和今后的技术前景。
文章主题:PtSi肖特基势垒红外焦平面阵列 PtSi-SBIRFPA 红外探测器 红外辐射信号 像素 响应

文章内容：国外—的技术进展及市场前景程开富(中国电子科技集团公司第44研究所重庆南坪400060)摘要:本文全面深入地介绍了肖特基势垒红外焦平面阵列(.)的技术进展及市场前景.从制作技术,像元集成度,,光响应均匀性,量子效率,成品率和成本方面把单片式红外焦平面陈列(.)与和混合式红外焦平面阵列(和)技术作了详细的比较,评述了.技术的发展现状和面临的现实,分析了.技术的应用范围,目前的市场状况和今后的技术前景.关键词:肖特基势垒红外探测器单片式混合式红外焦平面阵列热摄像军用民用精确制导识别夜视1引言红外探测是在3,3～5和8～4三个红外辐射窗口进行的.为了探测这三个窗口的红外辐射信号,一直在发展光子型探测器和热型探测器二种技术.相继发展起来的光子探测技术有,,,,,2,,,,,非本征硅和/超品格量子阱等探测器技术,而发展探索了几十年,近十年问才取得显着进展.特别是在近几年间取得突破的热探测器及其焦平面阵列技术有单片式硅微测辐射热计阵列,钛金属薄膜电阻测辐射热计阵列,多晶硅薄膜电阻微测辐射热计阵列,/异质结测辐射热计阵列,氧化钒()和热释电一铁电这样的混合式红外焦平面阵列等.虽然所有这些红外焦平面陈列()技术都已发展成熟而投入批量生产和系统应用,然而,在这些技术的整个发展和取得不断进步的20年间,硅集成电路工艺技术一直极受重视,而且一直是重要的发展途径之一,至今仍将是技术进一步发展和应用的基石.在某种意义上来说,没有长期高度发达的硅集成电路技术,就没有今天如此先进的制造技术.显然,除了利用硅大规模或超大规模集成电路技术外,还有一个更为突出的因素在于获得低成本,利用实现大批量生产获得低成本系统应用的能力,进而获得在45军用和民用方面都能广泛应用的能力,这是任何先进技术都必须要考虑和追求的目标.否则,无论如何先进的技术都没有实质性的意义,美,英,法,日,加等先进国家军方最初发展先进技术和一直追求的目标也正在于此.-技术正是光子探测器技术中符合上述目标的技术.也正是因为这样,当.取得实质性进展时使国内红外技术界一片兴奋.今天的.技术已经成熟而投入大批量生产和系统应用,在军用和民用领域得到应用.就目前情况而言,从大规模和超大规模集成与低成本角度看,.在目前和今后一段时间内仍将与和混合式红外焦平面阵列(6)技术并存.2.与和技术的发展现状比较1973年和[¨,提出和用内光电发射效应的肖特基势垒光电二极管制作红外焦平面阵列概念以来,.技术的发展已经历了25年的时间,这期间从当初的初始技术迅速发展到了10401040和19681968元2】的大型高密度集成阵列,研究和生产.的公司单位迅速增加,如罗门空军开发中心,休斯飞机公司,波音,洛克威尔,,三菱电机,柯达,/和得维?萨尔诺夫研究中心()等.2.1阵列集成度由于.的制作是一种全硅的加工技术,光电二极管制作工艺顺序类似于可见光硅内线转移阵列的扩散光电二极管工艺,因而,制作可见光硅的成熟工艺可直接用于制作大型或特大型-,特别是像2048×2048,40964096和50405040像元这样的可见光硅制作技术为制作和22像元这样的特大型—展现了极为广阔的发展空间和潜力,提供了坚实的技术基础.如日本,三菱电机,柯达,得维,萨尔洛夫研究中心这些单位都己达-"640480,801×512元的阵列水平,三菱电机还制作了1024×1024,1040×1040元的阵列,柯达公司1999年研制出了1968×1968元的.,把三菱的100万像素集成度提高到接近400万像素的水平,这是迄今为止在红外焦平面阵列()技术方面像元集成度最高的,这反映出了硅集成电路工艺技术的强大影响力.而洛克威尔国际公司,霍尼威尔,圣巴巴拉研究中心等己制作出的典型和为640480,640512和1024×1024元,其像元集成度己达到06像元,己接近-水平,而且在像元尺寸方面,最新柯达.3900型19681968元.为2020,三菱电机的1040×1040元阵列为1717,而日本东京仪器公司()的256256元中波(3-5)和长波(8～2)都已小达3030[31,美国圣巴巴拉研究中46心的040512元像元小达24242141,10241024元像元尺寸为2727【习.虽然.目前缺陷像元数为零,但256256元和1024×1024元缺陷像元数也可达.5%以下,也接近于.的制作水平.2.21]红外焦平面阵列()的一个重要性能参数是噪声等效温差(),.的值通常在0.1℃0.2"范围内,如空军开发中心的160240元阵列为0.1-6,三菱电机的10401040元阵列为.13"!'1,640480阵列为.18,三菱512512元.都提高到.7.033.801512元阵列为.17"!,最小可分辨温差可达0.02--0.03,而和(35)目前通常可优于0.02,可达0.01,如圣巴巴拉的640512元阵列.2.3量子效率由于-的工作机理是内光电发射,入射的红外辐射在硅化铂()层中被吸收而激发热空穴,只有在与金属,半导体界面垂直的热空穴能量等于或大于肖特基势垒高度时,热空穴才能越过势垒,这种热发射使探测器释放出电荷,而能量小于势垒高度()的激活空穴不存在任何这种发射的可能,其量子效率由公式,7:,二算出.由于这种工作方式,这种探测器的量子效率通常在百分之零点几和1%,如柯达204816元.阵列仅为0.57/¨1.而和要比.优越得多,是.的50---100倍,通常高达50%--85%,如日本东京仪器公司()的256256元,128×128元和洛克威尔国际科学中心的640480元(3—5中波红外),后者的量子效率为60%'--70%,圣巴巴拉1024×1024元的设计目标为85%.这就是说,和可把入射到探测器上的50/--85%的光子转换成电子,其响应率要比.高达50100倍,这是.望尘莫及的.2.4阵列响应均匀性由于?的内光电发射机理和硅制作技术,其响应均匀性是这种阵列突出的优势,这种阵列在红外焦平面阵列()技术发展初期弓起了人们的极大注意,除了