當(dāng)前位置:首頁 > 測試測量 > 測試測量
[導(dǎo)讀]目前工業(yè)、醫(yī)療、天文和軍事對近紅外探測和成像有大量需求,本文介紹了一種響應(yīng)近紅外的新型高增益GaAs/InGaAs量子光電探測器。首先測試和討論了探測器的I-V特性,探測器偏壓為-1.5V時響應(yīng)率大于10A/W,響應(yīng)率隨光照功率增大減小。

對一種響應(yīng)近紅外的新型量子光電探測器特性進行測試和分析,給出了2×8探測器陣列和讀出電路的對接測試結(jié)果,設(shè)計初步的成像系統(tǒng)采集顯示焦平面輸出。探測器有一個-0.8V的閾值電壓,偏壓大于閾值電壓后器件響應(yīng)率遠大于1A/W,且響應(yīng)率隨光照功率增大減小。2×8探測器陣列與設(shè)計的讀出電路通過Si基板對接后在77K條件測試,讀出電路的線性度好于99.5%,信噪比達到67dB,探測器偏壓為-1.5V,積分時間為200μs時探測器率達到1.38×1010cmHz1/2/W,達到實際應(yīng)用的要求。設(shè)計了數(shù)據(jù)采集卡和成像系統(tǒng)驗證了對接樣品的實用性。

1.引言

目前工業(yè)、醫(yī)療、天文和軍事對近紅外探測和成像有大量需求,本文介紹了一種響應(yīng)近紅外的新型高增益GaAs/InGaAs量子光電探測器。首先測試和討論了探測器的I-V特性,探測器偏壓為-1.5V時響應(yīng)率大于10A/W,響應(yīng)率隨光照功率增大減小。針對探測器特性和探測器陣列規(guī)模設(shè)計了2×8元讀出電路,探測器和讀出電路對接后的樣品工作在77K條件下。探測器偏壓為-1.5V,積分時間為200μs時探測器率達到1.38×1010cmHz1/2/W,達到實際應(yīng)用的要求。為驗證探測器和讀出電路及對接樣品的實用性,最后設(shè)計了數(shù)據(jù)采集卡和成像系統(tǒng),給出了測試結(jié)果。

2.探測器和讀出電路

2.1 探測器

探測器的I-V特性可以為讀出電路設(shè)計提供重要依據(jù),為此在光電測試平臺采用keithley 4200-SCS半導(dǎo)體特性測試儀測試探測器特性。探測器陣列為2×8元,單元探測器面積為80×80μm.測試過程中作為公共電極的襯底電位固定,掃描單元探測器一端的電壓。

圖1是器件的I - V特性,與Q W I P器件不同,特性曲線明顯非對稱。探測器有一個-0.8V的閾值電壓,探測器偏壓大于-0.8V后響應(yīng)電流迅速增大,在-0.8V~-3V區(qū)間相應(yīng)電流隨偏壓變化緩慢。正向偏置時探測器響應(yīng)電流相對較小。測試得77K,-1.5V時探測器暗電流小于10-13A,暗電流較小有利于降低噪聲,提高探測率和信噪比。C-V特性測得探測器的電容約7.5pF.

圖2是不同光照功率時探測器的響應(yīng)率,結(jié)果顯示探測器的響應(yīng)率遠大于1A/W,偏壓為-1V時響應(yīng)率大于10A/W,說明探測器量子效率和光電增益較大。測試結(jié)果還顯示探測器的響應(yīng)率隨光照功率增大減小,這個特性有利于提高成像系統(tǒng)的動態(tài)范圍。

探測器的工作偏壓對焦平面工作有重要影響,需要仔細選擇和嚴(yán)格控制。

圖3顯示探測器偏壓為-1V時動態(tài)阻抗較大,大動態(tài)阻抗表示探測器響應(yīng)電流隨工作偏壓變化較小,降低了探測器工作偏壓的穩(wěn)定性要求,提高了探測器陣列響應(yīng)的一致性。因此探測器陣列與讀出電路對接后選擇-1V為工作電壓。

2.2 讀出電路

根據(jù)探測器特性設(shè)計讀出電路,結(jié)構(gòu)如圖4所示,包括行選開關(guān)、電容互阻放大器(CTIA)、相關(guān)雙采樣電路(CDS)、列選開關(guān)和輸出緩沖器。采用CTIA結(jié)構(gòu)為列放大器可以穩(wěn)定探測器工作偏壓,提高注入效率和線性度,CDS電路可以抑制固定圖形噪聲。

讀出電路工作過程如下:首先選通一行探測器與CTIA列放大器連接,然后列放大器復(fù)位,使積分電容放電,探測器上電極的電位復(fù)位到復(fù)位電位。復(fù)位后列放大器開始積分,CDS電路采樣和保持列放大器的復(fù)位信號和積分信號。最后在列選開關(guān)的控制下依次選通采樣保持電路,通過輸出緩沖器依次輸出八個探測器積分信號。

接著重復(fù)上面的讀出過程,開始另一行探測器的讀出。

3.測試結(jié)果

3.1 探測器陣列與讀出電路對接測試

 

采用CSMC 0.6μm DPDM工藝設(shè)計并流片2×8讀出電路,CTIA積分電容設(shè)計為6pF.通過Si轉(zhuǎn)接基板實現(xiàn)讀出電路與2×8元探測器陣列對接,如圖5所示。對接樣品安裝在杜瓦內(nèi)加液氮制冷后固定在光學(xué)平臺上,采用He-Ne激光器作為光源,發(fā)出的光經(jīng)過衰減聚焦照射到器件表面。電路的工作電源和各個模擬電壓通過外部測試電路提供,測試中探測器單元電極電位設(shè)定為2.5V,公共電極設(shè)定為3.5V,探測器工作電壓為-1V.

圖6顯示了光照功率為117nW,積分時間從20μs變化到200μs時讀出電路輸出電壓的變化,結(jié)果讀出電路的線性度好于99.5%,輸出信號擺幅為2V,電荷容量為7.5×107.輸出電壓與光照功率的關(guān)系如圖7所示,光照功率大于800nW時讀出電路飽和。

探測器陣列與讀出電路對接后測試得噪聲特性如圖8所示,噪聲隨積分時間增大減小,平均噪聲為0.91mV,對接后樣品的信噪比為67dB.噪聲的特性與讀出電路輸入端探測器和列放大器工作頻率相關(guān),輸入端探測器工作頻率為1/2Tint[2].當(dāng)積分時間增大,探測器和列放大器的工作頻率下降,減小了噪聲帶寬,讀出電路的輸出噪聲減小,因此延長積分時間有利于提高焦平面的探測率。圖9是探測率與積分時間的關(guān)系,隨積分時間增大,噪聲減小,因此探測率增大。探測器偏壓為-1.5V,積分時間為200μs時探測器率達到1.38×1010cmHz1/2/W,達到實際應(yīng)用的要求,為進一步大面陣讀出電路和探測器陣列的研制提供了依據(jù)。

3.2 數(shù)據(jù)采集與成像系統(tǒng)

 

為了驗證對接后樣品的工作性能,進一步設(shè)計了數(shù)據(jù)采集電路和成像系統(tǒng),系統(tǒng)框圖如圖10所示。系統(tǒng)包括stm32處理器、上位機和顯示器、對接后的焦平面陣列和光電測試平臺。Stm32處理器輸出讀出電路驅(qū)動控制信號,并利用自身集成的ADC完成讀出電路輸出模擬信號的數(shù)字化,然后通過USB接口把數(shù)字化的信號傳輸?shù)缴衔粰C。通過VisualStudio6.0設(shè)計可視化圖形界面,用灰度圖顯示表示16個探測器單元的響應(yīng)。

圖11分別給出了弱光條件和強光條件時2×8焦平面輸出波形和灰度圖顯示。

探測器工作偏壓為- 1 . 5 V , 積分時間為100μs,當(dāng)光照較弱時輸出電壓較小,16探測器單元顯示的相應(yīng)的點亮度較低,光照較強時,相應(yīng)點的顯示亮度變亮。

4.結(jié)論

測試分析了一種新型量子光電探測器特性,探測器有一個-0.8V的閾值電壓,偏壓大于閾值電壓后器件響應(yīng)率遠大于1A/W,且響應(yīng)率隨光照功率增大減小。2×8探測器陣列與設(shè)計的讀出電路通過Si基板對接,對接后的焦平面陣列線性度好于99.5%,信噪比達到67dB,探測器偏壓為-1.5V,積分時間為200μs時探測器率達到1.38×1010cmHz1/2/W,達到實際應(yīng)用的要求。采用設(shè)計的數(shù)據(jù)采集卡和成像系統(tǒng)驗證了對接樣品的實用性,為進一步大面陣讀出電路和探測器陣列的研制提供了有益的參考。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點,本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請及時聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫毥谦F公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關(guān)鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運行,同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險,如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機 衛(wèi)星通信

要點: 有效應(yīng)對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競爭力 堅持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強核心競爭優(yōu)勢...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運營商 數(shù)字經(jīng)濟

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術(shù)學(xué)會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現(xiàn)場 NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(shù)(集團)股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉