吕衍秋（1978-），山东汶上人，博士，研究员，中航工业空空导弹研究院光电器件研究所所长，红外探测器技术航空科技重点实验室副主任，河南省锑化物探测器工程技术研究中心办公室主任，装发领域专家组成员，洛阳市优秀科技人才，中国光学学会红外与光电器件专委会委员。中科院上海技术物理研究所博士毕业，获中科院“院长奖”。主持了多个型号探测器、国际合作、装发预研、装发型谱、国家自然科学基金、集团创新基金等项目，主要开展了锑化物焦平面红外探测器的研究工作。授权发明专利15项，发表论文30多篇，其中SCI及EI收录20多篇，获集团公司二等成果2项。
文章背景
目前红外探测器的发展正由采用HgCdTe、InSb等材料制备凝视型焦平面的第二代向多光谱、多模式、高工作温度的第三代过渡。InAs/GaSb超晶格材料其带隙宽波段可调（2~30μm），有非常灵活的能带结构设计空间，外延材料尺寸大、均匀性高，它能够满足多波段探测，并且具有小体积、低功耗、轻重量、低成本、高可靠性等特点，因此它已经成为了第三代红外焦平面探测器的优选材料。中/短波红外探测器在军事侦察、导弹预警和高端民用领域具有重要应用，因为空中目标的光谱辐射能量主要集中于红外中波段，而红外诱饵等人工干扰的短波辐射特别突出。因此中/短波红外探测器能够提升人工及复杂背景干扰下的目标识别能力。但双色叠层焦平面探测器组件研制的技术成熟度是中/短波探测器发展的重要制约因素。
主要内容
作者在文中通过开展实用化的InAs/GaSb超晶格双色焦平面探测器设计、材料外延、芯片加工，以短波光敏二极管为同质结，中波采用异质结势垒来改善漏电性能，优化了钝化方法，制备了性能优良的InAs/GaSb二类超晶格中/短波双色焦平面探测器组件。像元规模为320×256，双色峰值探测率达到中波3.12×10^11 cm·Hz^(1/2)W^(-1)，短波1.34×10^11 cm·Hz^(1/2)W^(-1)。响应不均匀性中波为9.9%，短波为9.7%。中波有效像元率为98.46%，短波为98.06%。
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图1 中波人脸和烙铁成像 |
图2 短波人脸和烙铁成像 |
技术展望
红外探测器的制备已成为涉及电子科学与技术、材料学、凝聚态物理、光学工程、工程热物理、材料科学与工程、真空技术等多领域的综合科学技术。未来，随着MOCVD和MBE等外延生长技术的应用、器件制备工艺的提升、先进的硅集成电路设计与制造、计算机信息处理技术的发展，使得探测器具备更多的功能和信息处理手段。InAs/GaSb二类超晶格探测器将向大规模、超大规模阵列方向发展，也将适用于双色及多波段，器件性能将进一步提高，工作温度将进一步提升，具备智能化、信息处理能力，同时成本将大幅降低，能够满足更多的应用需求。
引用格式
Lv Yanqiu, Peng Zhenyu, Cao Xiancun, He Yingjie, Li Mo, Meng Chao, Zhu Xubo. 320×256 mid-/short-wavelength dual-color infrared detector based on InAs/GaSb superlattice[J]. Infrared and Laser Engineering, 2020, 49(1): 010300. doi: 10.3788/IRLA202049.0103007
