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国产电阻阵列技术的发展趋势

红外与激光工程 2011年第12期40卷 2314-2322,2327页

作者：马斌程正喜翟厚明郭中原刘强张学敏丁毅陈瑶中国科学院上海技术物理研究所中国科学院红外成像材料与器件重点实验室上海200083

回顾和总结了国产电阻阵列3个发展阶段的主要技术方案、优缺点和最终结果。第一代64×64电阻阵列采用了体材料微机械加工的单晶硅薄膜微型电阻,成品率较高但与CMOS工艺不兼容、均匀性差、功耗大、占空比极低、规模小;第二代128×128和25... 详细信息

回顾和总结了国产电阻阵列3个发展阶段的主要技术方案、优缺点和最终结果。第一代64×64电阻阵列采用了体材料微机械加工的单晶硅薄膜微型电阻,成品率较高但与CMOS工艺不兼容、均匀性差、功耗大、占空比极低、规模小;第二代128×128和256×256电阻阵列采用了体材料微机械加工的复合薄膜微型电阻,基本解决了工艺兼容性、均匀性、功耗等方面的问题,但占空比和规模提高有限;第三代128×128复合悬浮薄膜电阻阵列采用了薄膜转移技术,占空比显著提高,功耗明显下降,该技术有望成为今后国产电阻阵列的主流制造技术,但技术成熟度有待进一步提高。最后,对国产电阻阵列未来技术发展进行了展望、分析和探讨。

关键词：半实物仿真电阻阵列硅各向异性腐蚀薄膜转移

320×256大电荷容量的长波红外读出电路结构设计

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红外与激光工程 2016年第9期45卷 73-78页

作者：翟永成丁瑞军中国科学院上海技术物理研究所中国科学院红外成像材料与器件重点实验室上海200083 中国科学院大学北京100049

长波红外探测器存在暗电流大、背景高的特点,需要设计大电荷容量的读出电路。采用分时共享积分电容的电路结构,在面阵焦平面的有限单元面积中设计了一种高读出效率、大电荷容量的320×256长波红外焦平面读出电路。电路输入级采用电容反... 详细信息

长波红外探测器存在暗电流大、背景高的特点,需要设计大电荷容量的读出电路。采用分时共享积分电容的电路结构,在面阵焦平面的有限单元面积中设计了一种高读出效率、大电荷容量的320×256长波红外焦平面读出电路。电路输入级采用电容反馈跨阻放大器(CTIA)结构,具有注入效率高、噪声低、线性度好的特点。基于CSMC 0.35μm标准CMOS工艺模型进行了模拟仿真以及版图设计完成后的后端仿真,电路输出电压范围大于2 V,非线性小于1%,帧频为100 f/s,采用分时共享积分电容电路结构后,像元有效电荷容量达到57.5 Me-/像元。

关键词：红外焦平面读出电路 CTIA 分时共享电荷容量

基于多方向小波提升IRFPA盲元检测精度方法

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红外与激光工程 2018年第2期47卷 69-74页

作者：张瞳林春陈洪雷周松敏中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室上海200083 中国科学院大学北京100049

红外焦平面成像质量受材料生长及器件制备工艺的影响,易出现盲元、条纹噪声等缺陷。条纹噪声经常会导致盲元的检测偏差,准确的盲元检测对于后续图像处理具有重要意义。利用双密度双树复数小波分解的多方向性小波系数,结合广义高斯分布... 详细信息

红外焦平面成像质量受材料生长及器件制备工艺的影响,易出现盲元、条纹噪声等缺陷。条纹噪声经常会导致盲元的检测偏差,准确的盲元检测对于后续图像处理具有重要意义。利用双密度双树复数小波分解的多方向性小波系数,结合广义高斯分布将高频小波系数按照对条纹噪声影响程度分别赋予不同权值并进行单支重构,消除了条纹噪声对盲元检测的影响,得到初步"干净"的预处理图像,进而对预处理图像运用3σ准则进行盲元检测。通过短波Hg Cd Te红外焦平面成像的实践验证,该方法对具有条纹噪声特征的红外图像盲元检测更加准确。

关键词：红外焦平面盲元检测条纹噪声双密度双树复数小波

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干涉式大气垂直探测仪读出电路研究

红外与激光工程 2019年第7期48卷 52-58页

作者：褚培松陈洪雷李辉丁瑞军中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室上海200083 中国科学院大学北京100049

干涉式大气垂直探测仪是风云4号气象卫星的重要有效载荷,用于获取大气的多种三维信息。成功设计了一款适用于干涉式大气垂直探测仪的红外焦平面读出电路。电路采用CTIA注入级结构,积分电容4档可选。并且工作方式灵活,同时采用相关双采... 详细信息

干涉式大气垂直探测仪是风云4号气象卫星的重要有效载荷,用于获取大气的多种三维信息。成功设计了一款适用于干涉式大气垂直探测仪的红外焦平面读出电路。电路采用CTIA注入级结构,积分电容4档可选。并且工作方式灵活,同时采用相关双采样结构有效地降低了电路输出噪声。电路使用CSMC 0.5μm 2P3M 5 V工艺流片,电路测试结果符合理论设计预期,噪声小于0.14 mV,动态范围达到85.6 dB。耦合中波HgCdTe探测器测试正常,噪声小于0.43 mV,动态范围达到75.6 dB,符合干涉式大气垂直探测仪红外焦平面要求。

关键词：干涉式大气垂直探测仪读出电路相关双采样

320×256中/长波双色IRFPAs读出电路设计

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红外与激光工程 2015年第10期44卷 2880-2885页

作者：周杰丁瑞军翟永成梁清华蒋大钊中国科学院上海技术物理研究所中国科学院红外成像材料与器件重点实验室上海200083 中国科学院大学北京100049

中波与长波探测器的光电流及动态输出阻抗存在数量级的差别。为满足积分时间及读出信号信噪比的要求,采用像元间多电容共享的方案,设计了一种高集成度的320×256双色红外焦平面读出电路。该电路选用直接注入(DI)结构作为中波输入级,而... 详细信息

中波与长波探测器的光电流及动态输出阻抗存在数量级的差别。为满足积分时间及读出信号信噪比的要求,采用像元间多电容共享的方案,设计了一种高集成度的320×256双色红外焦平面读出电路。该电路选用直接注入(DI)结构作为中波输入级,而长波输入级则选用了缓冲注入(BDI)结构。其缓冲放大器采用单边结构,具有高增益、低功耗、低噪声的特点,降低了输入阻抗,提高了注入效率。基于HHNEC 0.35μm 2P4M标准CMOS工艺,完成了芯片的设计与制造。经测试,引入电容共享方案后其有效电荷容量达到70 Me-/像元,电路各项功能正常,在光照条件下,芯片呈现出高的灵敏性。在2.5 MHz读出速率下,中波及长波输出电压范围均大于2 V,非线性小于1%。在100 f/s帧频下,整体功耗小于170 m W。

关键词：双色红外焦平面读出电路电容共享缓冲注入电荷容量

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碲锌镉材料腐蚀坑及其缺陷特性研究

红外与激光工程 2010年第3期39卷 405-410页

作者：崔晓攀方维政张传杰刘从峰杨建荣中国科学院上海技术物理研究所中国科学院红外成像材料与器件重点实验室上海200083

跟踪观察了Everson腐蚀剂在碲锌镉晶体(111)B面形成的腐蚀坑的形貌特征和空间延伸特性,并分析了各种腐蚀坑所对应的缺陷的特征。研究表明:碲锌镉材料的腐蚀坑具有三角锥型坑、平底三角坑、彗星状腐蚀坑和不规则腐蚀坑4种类型,其中三角... 详细信息

跟踪观察了Everson腐蚀剂在碲锌镉晶体(111)B面形成的腐蚀坑的形貌特征和空间延伸特性,并分析了各种腐蚀坑所对应的缺陷的特征。研究表明:碲锌镉材料的腐蚀坑具有三角锥型坑、平底三角坑、彗星状腐蚀坑和不规则腐蚀坑4种类型,其中三角锥型坑的坑尖又有5种不同的空间取向。彗星状腐蚀坑、三角锥型坑和不规则腐蚀坑具有定向移动特性。这表明这类腐蚀坑所对应的缺陷与材料的位错相关,但其穿越深度都不超过18μm,即缺陷同时具有局域化的特性。没有观测到平底三角坑的空间延伸特性,其所对应的缺陷可能是材料中的微沉淀缺陷。研究还发现:对于不同样品,各类腐蚀坑的数量和比例可有很大差异。而且,有些腐蚀坑所揭示的缺陷在被观察位置已经消失。因此,简单地用腐蚀坑密度(EPD)来描述碲锌镉材料表面缺陷密度和性能是不准确的。

关键词：碲锌镉缺陷位错腐蚀坑

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非均匀性校正的长波光导探测器读出电路设计

红外与激光工程 2018年第1期47卷 105-110页

作者：钟燕平袁红辉鞠国豪中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室上海200083 中国科学院大学北京100049

在航天遥感领域,波长在10μm以上的长波探测器仍以Hg Cd Te光导型探测器为主,在红外探测成像方面发挥着重要作用。非均匀性是目前长波光导探测器突出的问题之一,设计了一种数模混合的非均匀性校正的长波光导探测器读出电路。该电路不仅... 详细信息

在航天遥感领域,波长在10μm以上的长波探测器仍以Hg Cd Te光导型探测器为主,在红外探测成像方面发挥着重要作用。非均匀性是目前长波光导探测器突出的问题之一,设计了一种数模混合的非均匀性校正的长波光导探测器读出电路。该电路不仅可以有效地解决线列长波光导探测器电阻非均匀性问题,还可以增大ROIC输出信号的动态范围,几乎不增加读出电路功耗。经过仿真测试表明:非均匀性问题有了明显的改善,能够使其非均匀性降为0.5%以内,在常温和低温下都能正常工作。该校正电路不仅能解决当前工程中的关键问题,还对今后高性能大面阵长波光导探测器读出电路的设计具有重要的指导意义。

关键词：非均匀性校正长波光导红外探测器读出电路

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碲镉汞e-APD焦平面数字化读出电路设计

红外与激光工程 2014年第9期43卷 2798-2804页

作者：陈国强张君玲王攀周杰高磊丁瑞军中国科学院上海技术物理研究所中国科学院红外成像材料与器件重点实验室上海200083 中国科学院大学北京100049

HgCdTe e-APD工作于线性模式,通过内雪崩倍增效应将一个微弱的信号放大多个数量级。介绍了一个具有列共用ADC制冷型(77K)数字化混成式HgCdTe e-APD FPA读出电路,可以应用于门控3D-LARDAR成像,有主被动双模式成像功能。Sigma-delta转换... 详细信息

HgCdTe e-APD工作于线性模式,通过内雪崩倍增效应将一个微弱的信号放大多个数量级。介绍了一个具有列共用ADC制冷型(77K)数字化混成式HgCdTe e-APD FPA读出电路,可以应用于门控3D-LARDAR成像,有主被动双模式成像功能。Sigma-delta转换器比较适合于中规模128×128焦平面列共用ADC。调制器采用2-1 MASH单比特结构,开关电容电路实现,数字抽取滤波器采用CIC级联梳状滤波器。采用GLOBALFOUNDRIES 0.35μm CMOS工艺,中心距100μm。设计了量化噪声抵消逻辑消除第一级调制器量化噪声,采用数字电路实现。CIC抽取滤波器的每一级寄存器长度以方差为指标截尾,以降低硬件消耗。并且数字抽取滤波器工作电压降低到1.5V,可以进一步降低功耗。仿真显示sigma-delta转换器精度大于13bit,功耗小于2.4mW,转换速率7.7k Samples/s。

关键词：碲镉汞e—APD 读出电路主被动双模式成像 sigma-delta ADC 制冷型红外焦平面

大规模电阻阵红外景象产生器件的像素设计研究

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红外与激光工程 2023年第10期52卷 11-20页

作者：翟叼豪陈永平翟厚明马斌中国科学院上海技术物理研究所、中国科学院红外成像材料与器件重点实验室上海200083 中国科学院大学北京100049

电阻阵作为一种动态红外景象产生器件,在红外半实物仿真领域有着重要的应用。电阻阵可实现的规模与性能与红外微辐射像素列阵的设计有着密切的关系。文中从应用系统对大规模电阻阵器件的要求出发,结合电阻阵的工作原理,提出了像素驱动... 详细信息

电阻阵作为一种动态红外景象产生器件,在红外半实物仿真领域有着重要的应用。电阻阵可实现的规模与性能与红外微辐射像素列阵的设计有着密切的关系。文中从应用系统对大规模电阻阵器件的要求出发,结合电阻阵的工作原理,提出了像素驱动电路与MEMS结构一体化的设计方案,设计了规模可拓展的高占空比像素结构。通过采用高消光系数材料以及光学谐振腔结构,微辐射元的中波红外和长波红外的表面发射率达0.7。热力学仿真表明,通过合理的薄膜厚度和结构设计,微辐射元阵列的占空比达到51%,升、降温的热响应时间均小于5 ms,0.6 mW功率驱动下应力翘曲小于300 nm,长波红外表观温度可达582 K,中波红外表观温度可达658 K。结合设计方案提出了工艺制备方案,并通过小阵列流片初步验证了设计方案的可行性。该设计研究为国产大规模、高占空比电阻阵的研制指明了方向。

关键词：电阻阵红外仿真微辐射元红外表观温度占空比