紅外探測器已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，近年來，對紅外探測器的探測、識別能力提出了更高的要求，迫切需要紅外探測器進行創(chuàng)新發(fā)展。隨著微電子工藝的快速進步，使多種功能的芯片集成在紅外探測器上成為可能，也為紅外探測器進行創(chuàng)新提供了基礎(chǔ)。將偏振探測的功能集成到碲鎘汞紅外探測器中，是提高碲鎘汞紅外探測器的識別能力、拓展其用途的一個發(fā)展方向。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近日，華北光電技術(shù)研究所的研究人員在《激光與紅外》期刊上發(fā)表了題為“長波碲鎘汞集成偏振探測器的設(shè)計”的最新論文，本文介紹了偏振探測功能在長波碲鎘汞探測器上的集成設(shè)計、相應(yīng)的設(shè)計驗證結(jié)果以及成像試驗情況，這些工作的介紹為集成紅外探測器的開發(fā)提供了良好的借鑒。

集成碲鎘汞長波320×256偏振探測器的設(shè)計

碲鎘汞長波320×256探測器是在碲鋅鎘襯底上外延碲鎘汞薄膜，形成碲鎘汞芯片，然后碲鎘汞芯片與讀出電路通過銦柱互連后形成混成芯片，芯片的中心間距為30μｍ，紅外輻射從碲鋅鎘襯底背面入射。集成碲鎘汞長波320×256偏振探測器是在碲鎘汞混成芯片的背面設(shè)計偏振結(jié)構(gòu)，如圖1所示，偏振結(jié)構(gòu)采用金屬線光柵，根據(jù)斯托克斯矢量，設(shè)計了0°、45°、90°、135°四個偏振態(tài)，四個偏振態(tài)周期排列，與長波320×256混成芯片的像元一一對應(yīng)。

圖1 集成碲鎘汞偏振芯片示意圖

集成碲鎘汞長波320×256偏振探測器組件的測試及成像

對集成碲鎘汞長波320×256偏振探測器的偏振結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計及驗證后，按照文中設(shè)計對已經(jīng)制備的碲鎘汞長波320×256混成芯片進行襯底減薄，減薄后采用磁控濺射設(shè)備進行偏振光柵金屬層的生長，然后進行光刻、刻蝕工藝，制備出具有0°、45°、90°、135°四個不同偏振態(tài)的偏振光柵，如圖2所示，在掃描電鏡下觀察，偏振光柵的形貌、尺寸接近設(shè)計值。

圖2 掃描電鏡下觀察的LW320×256碲鎘汞集成偏振光柵

將制備的集成碲鎘汞長波320×256偏振探測器芯片（如圖3）封裝為微杜瓦組件，在紅外探測器組件偏振測試平臺上進行測試，測試中所用的紅外起偏偏振器消光比為7000:1、在長波段的透過率＞75％。

圖3 集成碲鎘汞長波320×256偏振探測器實物圖

由于紅外集成偏振探測器組件加入了偏振結(jié)構(gòu)，輻射能量減小了50％以上，使探測器芯片的響應(yīng)變?nèi)酰诮M件測試過程中，為了保證一定的信號強度，采取了加長積分時間的方式。經(jīng)過測試，得到偏振探測器0°、45°、90°、135°四個偏振態(tài)的響應(yīng)曲線，如圖4所示，從響應(yīng)的幅度看，四個偏振態(tài)的響應(yīng)幅度有三個方向一樣，另外一個方向稍小，而從計算結(jié)果看，四個偏振態(tài)的消光比均可以達到70以上，說明制備工藝相對較好。

圖4 集成碲鎘汞長波320×256偏振組件四個偏振態(tài)響應(yīng)曲線

對制備的集成碲鎘汞長波320×256偏振探測器組件進行了成像演示試驗，試驗截取的圖像如圖5所示，圖像中間是一只透明玻璃杯，圖像左側(cè)是一個長吊帶的獎牌，從圖像中可以看出，雖然使用的試驗芯片性能較差、圖像未經(jīng)去噪聲、融合等處理，但玻璃杯的外形輪廓非常明顯，長吊帶的獎牌中吊帶和獎牌的紋路也可以簡單識別出來，顯示了集成碲鎘汞長波320×256偏振探測器對物體輪廓良好的識別效果，也驗證了本文所介紹的設(shè)計方向是可行的。

圖5 集成碲鎘汞長波320×256偏振探測器組件成像圖

結(jié)論

將偏振探測的功能集成到碲鎘汞紅外探測器中，是提高碲鎘汞紅外探測器的識別能力、拓展其用途的一個發(fā)展方向，本文介紹的集成碲鎘汞長波320×256偏振探測器的設(shè)計，是開發(fā)此類探測器的一個初步的研制結(jié)果，設(shè)計中，采用以金、鉻為主的多種金屬材料設(shè)計偏振光柵，偏振光柵在長波段的透過率可以超過75％、消光比可以達到上千的數(shù)值，偏振性能設(shè)計值非常好，但在實際驗證的過程中，由于設(shè)備、工藝的限制，可實現(xiàn)的設(shè)計值大打折扣，后續(xù)需要在光柵金屬材料選擇、設(shè)計值的工藝實現(xiàn)方面做更多、更細致的工作，找到集成碲鎘汞長波320×256偏振探測器設(shè)計的更優(yōu)結(jié)果，為用戶提供性能優(yōu)良的集成碲鎘汞紅外偏振探測器組件。

審核編輯 ：李倩