基本介紹
內容簡介,作品目錄,作品影響,
內容簡介
《先進焦平面技術導論》以先進焦平面技術為主線，在扼要概括國內外研究歷程和技術發展趨勢的基礎上，著重介紹了作者近年對雙色或雙譜段紅外焦平面晶片的數值設計、矽基碲鎘汞和鋁鎵氮多層材料的生長工藝技術、碲鎘汞紅外雙色和鋁鎵氮紫外焦平面晶片加工技術、雙色焦平面多輸入級和數字傳輸讀出電路的設計技術、信號光輸出方法以及晶片級非均勻性校正、數據融合算法和實現方法的最新研究結果。
作品目錄
第1章 先進焦平面技術的基本內涵……………………………………………………………… 1
1.1 紅外成像探測器歷史沿革和發展趨勢………………………………………………… 1
1.2 先進焦平面技術框架…………………………………………………………………… 3
1.2.1 先進焦平面技術內涵…………………………………………………………… 3
1.2.2 通過提高空間解析度和探測靈敏度提高目標探測和識別距離……………… 5
1.2.3 通過多色、多譜段集成探測手段提高目標識別距離…………………………… 9
1.2.4 通過光信號傳輸、數字處理晶片手段提高集成化、智慧型化水平……………… 11
本章小結……………………………………………………………………………………… 12
參考文獻……………………………………………………………………………………… 12
第2章 碲鎘汞紅外探測器數值設計方法……………………………………………………… 13
2.1 概述……………………………………………………………………………………… 13
2.2 碲鎘汞紅外探測器數值模擬和設計…………………………………………………… 13
2.2.1 碲鎘汞探測器基礎……………………………………………………………… 14
2.2.2 碲鎘汞紅外探測器數值計算…………………………………………………… 22
2.3 碲鎘汞材料、晶片參數提取方法……………………………………………………… 71
2.3.1 碲鎘汞材料參數提取…………………………………………………………… 71
2.3.2 基於電學方法的碲鎘汞晶片參數提取………………………………………… 87
2.3.3 基於光電方法的碲鎘汞晶片參數提取………………………………………… 97
本章小結……………………………………………………………………………………… 105
參考文獻……………………………………………………………………………………… 105
第3章 矽基碲化鎘複合襯底技術以及碲鎘汞外延技術……………………………………… 111
3.1 概述…………………………………………………………………………………… 111
3.2 矽基碲鎘汞外延的若干基礎模型…………………………………………………… 112
3.2.1 矽基表面選擇性生長的物理模型(表面As 鈍化的機理)…………………… 112
3.2.2 矽基ZnTe/ CdTe 外延的原子分布模型……………………………………… 118
3.2.3 碲鎘汞材料中的As 雜質形態………………………………………………… 123
3.2.4 p 型摻雜的兩性行為………………………………………………………… 133
3.3 矽基碲鎘汞分子束外延技術………………………………………………………… 146
3.3.1 矽基ZnTe/ CdTe 緩衝層的分子束外延技術………………………………… 146
3.3.2 大面積矽基碲鎘汞分子束外延技術………………………………………… 155
3.3.3 碲鎘汞分子束外延摻雜技術………………………………………………… 161
3.4 矽基碲鎘汞液相外延技術…………………………………………………………… 174
3.4.1 矽基CdTe 複合襯底的表面處理技術………………………………………… 175
3.4.2 液相外延工藝的調整………………………………………………………… 177
3.4.3 碲鎘汞液相外延材料的基本性能…………………………………………… 179
3.4.4 存在問題及分析……………………………………………………………… 184
3.5 矽基碲鎘汞材料的熱應力分析……………………………………………………… 186
3.5.1 矽基碲鎘汞材料光譜特性的測量…………………………………………… 187
3.5.2 多層結構材料應力狀態的理論分析………………………………………… 189
本章小結……………………………………………………………………………………… 193
參考文獻……………………………………………………………………………………… 194
第4章 鋁鎵氮外延技術………………………………………………………………………… 204
4.1 概述…………………………………………………………………………………… 204
4.2 氮化鎵基材料的基本性質以及主要製備基礎……………………………………… 204
4.2.1 氮化鎵基材料的基本性質以及在紫外探測器中的套用…………………… 205
4.2.2 MOCVD 外延生長系統以及在位監測方法…………………………………… 206
4.3 鋁鎵氮材料MOCVD 外延生長技術………………………………………………… 212
4.3.1 GaN 緩衝層上的鋁鎵氮外延技術…………………………………………… 213
4.3.2 AlN 緩衝層以及鋁鎵氮外延技術…………………………………………… 224
4.3.3 氮化鎵材料的p 型摻雜技術………………………………………………… 235
4.4 鋁鎵氮材料綜合性能分析…………………………………………………………… 238
4.4.1 位錯對GaN 材料的光學、電學性質的影響…………………………………… 238
4.4.2 AlGaN 材料的Al 組分測量與應變狀態確定………………………………… 242
4.4.3 高Al 組分AlGaN 材料的組分均勻性………………………………………… 245
4.4.4 AlGaN 材料的氧化現象……………………………………………………… 248
本章小結……………………………………………………………………………………… 250
參考文獻……………………………………………………………………………………… 251
第5章 碲鎘汞探測器晶片技術………………………………………………………………… 259
5.1 概述…………………………………………………………………………………… 259
5.2 碲鎘汞探測器晶片加工技術………………………………………………………… 259
5.2.1 碲鎘汞微台面列陣隔離技術………………………………………………… 260
5.2.2 微台面光刻技術……………………………………………………………… 296
5.2.3 微台面列陣的高質量側壁鈍化技術………………………………………… 298
5.2.4 微台面列陣的金屬化技術…………………………………………………… 302
5.2.5 微台面列陣的銦柱製備與混成互連技術…………………………………… 306
5.3 雙色微台面探測晶片………………………………………………………………… 310
5.3.1 雙色探測晶片結構的選型…………………………………………………… 310
5.3.2 雙色碲鎘汞微台面探測器的製備…………………………………………… 312
5.4 矽基碲鎘汞加工工藝技術…………………………………………………………… 315
5.4.1 矽基碲鎘汞應力分析以及結構設計………………………………………… 315
5.4.2 矽基碲鎘汞3 英寸晶圓的應力晶片低損傷加工技術……………………… 319
本章小結……………………………………………………………………………………… 322
參考文獻……………………………………………………………………………………… 324
第6章 鋁鎵氮焦平面探測器晶片技術………………………………………………………… 328
6.1 概述…………………………………………………………………………………… 328
6.2 鋁鎵氮p - i - n 型日盲紫外探測器的回響模型及設計…………………………… 328
6.2.1 AlGaN 薄膜材料的材料參數………………………………………………… 329
6.2.2 AlGaN 異質結p - i - n 探測器的回響模型及設計………………………… 329
6.3 鋁鎵氮共振增強型紫外探測器……………………………………………………… 336
6.3.1 共振增強型紫外探測器的基本結構………………………………………… 336
6.3.2 共振增強型紫外探測器的設計與實驗……………………………………… 337
6.4 鋁鎵氮探測器晶片加工技術………………………………………………………… 345
6.4.1 微台面形成技術……………………………………………………………… 345
6.4.2 晶片的鈍化…………………………………………………………………… 359
6.4.3 歐姆接觸技術………………………………………………………………… 361
6.5 鋁鎵氮探測器的輻照效應…………………………………………………………… 383
6.5.1 質子輻照效應………………………………………………………………… 383
6.5.2 電子輻照效應………………………………………………………………… 385
6.5.3 γ 輻照效應…………………………………………………………………… 388
6.5.4 GaN 基紫外探測器的抗輻照研究…………………………………………… 390
6.6 紫外焦平面組件的成像及其套用…………………………………………………… 395
6.6.1 對氫氧焰灼燒的石英管的成像……………………………………………… 395
6.6.2 對上海市區某輕軌和高架路的可見盲紫外圖像…………………………… 395
6.6.3 對室外遠景物體的成像……………………………………………………… 396
6.6.4 海洋溢油的航空紫外圖像…………………………………………………… 397
本章小結……………………………………………………………………………………… 397
參考文獻……………………………………………………………………………………… 398
第7章 讀出電路及焦平面測試技術…………………………………………………………… 405
7.1 概述…………………………………………………………………………………… 405
7.2 讀出電路基本概念和發展趨勢……………………………………………………… 405
7.3 雙色讀出電路技術…………………………………………………………………… 407
7.3.1 常見的雙色信號讀出電路結構……………………………………………… 409
7.3.2 同時模式雙色信號讀出電路實現…………………………………………… 416
7.3.3 紅外雙色讀出電路和紫外讀出電路設計示例……………………………… 419
7.4 數字傳輸晶片技術…………………………………………………………………… 429
7.4.1 焦平面數位化的框架………………………………………………………… 430
7.4.2 焦平面片上ADC 電路算法…………………………………………………… 433
7.4.3 焦平面片上ADC 電路設計實現……………………………………………… 439
7.5 焦平面測試技術……………………………………………………………………… 473
7.5.1 紅外焦平面參數測試………………………………………………………… 473
7.5.2 紫外焦平面參數測試………………………………………………………… 478
本章小結……………………………………………………………………………………… 479
參考文獻……………………………………………………………………………………… 480
第8章 系統級晶片技術………………………………………………………………………… 482
8.1 概述…………………………………………………………………………………… 482
8.2 系統級封裝的基本概念以及技術趨勢……………………………………………… 482
8.2.1 SiP 技術………………………………………………………………………… 484
8.2.2 系統晶片的片上智慧型實時處理系統的實現途徑…………………………… 487
8.3 焦平面數據無線光輸出的基本概念與實現方法…………………………………… 492
8.3.1 焦平面無線光輸出的基本概念……………………………………………… 493
8.3.2 光輸出方法概述……………………………………………………………… 494
8.3.3 串列紅外數據通信技術……………………………………………………… 496
8.4 焦平面非均勻性校正及其算法實現………………………………………………… 506
8.4.1 焦平面非均勻性校正的概述………………………………………………… 507
8.4.2 基於定標的焦平面非均勻性校正算法……………………………………… 508
8.4.3 基於場景的焦平面非均勻性校正算法……………………………………… 508
8.5 多波段數據融合的基本概念與算法實現…………………………………………… 525
8.5.1 多波段數據融合概述………………………………………………………… 525
8.5.2 多波段圖像融合先進算法…………………………………………………… 526
8.5.3 基於DSP 的多波段數據融合算法的實現…………………………………… 557
8.5.4 基於FPGA 的多波段數據融合算法的實時實現…………………………… 559
本章小結……………………………………………………………………………………… 564
參考文獻……………………………………………………………………………………… 565
1.1 紅外成像探測器歷史沿革和發展趨勢………………………………………………… 1
1.2 先進焦平面技術框架…………………………………………………………………… 3
1.2.1 先進焦平面技術內涵…………………………………………………………… 3
1.2.2 通過提高空間解析度和探測靈敏度提高目標探測和識別距離……………… 5
1.2.3 通過多色、多譜段集成探測手段提高目標識別距離…………………………… 9
1.2.4 通過光信號傳輸、數字處理晶片手段提高集成化、智慧型化水平……………… 11
本章小結……………………………………………………………………………………… 12
參考文獻……………………………………………………………………………………… 12
第2章 碲鎘汞紅外探測器數值設計方法……………………………………………………… 13
2.1 概述……………………………………………………………………………………… 13
2.2 碲鎘汞紅外探測器數值模擬和設計…………………………………………………… 13
2.2.1 碲鎘汞探測器基礎……………………………………………………………… 14
2.2.2 碲鎘汞紅外探測器數值計算…………………………………………………… 22
2.3 碲鎘汞材料、晶片參數提取方法……………………………………………………… 71
2.3.1 碲鎘汞材料參數提取…………………………………………………………… 71
2.3.2 基於電學方法的碲鎘汞晶片參數提取………………………………………… 87
2.3.3 基於光電方法的碲鎘汞晶片參數提取………………………………………… 97
本章小結……………………………………………………………………………………… 105
參考文獻……………………………………………………………………………………… 105
第3章 矽基碲化鎘複合襯底技術以及碲鎘汞外延技術……………………………………… 111
3.1 概述…………………………………………………………………………………… 111
3.2 矽基碲鎘汞外延的若干基礎模型…………………………………………………… 112
3.2.1 矽基表面選擇性生長的物理模型(表面As 鈍化的機理)…………………… 112
3.2.2 矽基ZnTe/ CdTe 外延的原子分布模型……………………………………… 118
3.2.3 碲鎘汞材料中的As 雜質形態………………………………………………… 123
3.2.4 p 型摻雜的兩性行為………………………………………………………… 133
3.3 矽基碲鎘汞分子束外延技術………………………………………………………… 146
3.3.1 矽基ZnTe/ CdTe 緩衝層的分子束外延技術………………………………… 146
3.3.2 大面積矽基碲鎘汞分子束外延技術………………………………………… 155
3.3.3 碲鎘汞分子束外延摻雜技術………………………………………………… 161
3.4 矽基碲鎘汞液相外延技術…………………………………………………………… 174
3.4.1 矽基CdTe 複合襯底的表面處理技術………………………………………… 175
3.4.2 液相外延工藝的調整………………………………………………………… 177
3.4.3 碲鎘汞液相外延材料的基本性能…………………………………………… 179
3.4.4 存在問題及分析……………………………………………………………… 184
3.5 矽基碲鎘汞材料的熱應力分析……………………………………………………… 186
3.5.1 矽基碲鎘汞材料光譜特性的測量…………………………………………… 187
3.5.2 多層結構材料應力狀態的理論分析………………………………………… 189
本章小結……………………………………………………………………………………… 193
參考文獻……………………………………………………………………………………… 194
第4章 鋁鎵氮外延技術………………………………………………………………………… 204
4.1 概述…………………………………………………………………………………… 204
4.2 氮化鎵基材料的基本性質以及主要製備基礎……………………………………… 204
4.2.1 氮化鎵基材料的基本性質以及在紫外探測器中的套用…………………… 205
4.2.2 MOCVD 外延生長系統以及在位監測方法…………………………………… 206
4.3 鋁鎵氮材料MOCVD 外延生長技術………………………………………………… 212
4.3.1 GaN 緩衝層上的鋁鎵氮外延技術…………………………………………… 213
4.3.2 AlN 緩衝層以及鋁鎵氮外延技術…………………………………………… 224
4.3.3 氮化鎵材料的p 型摻雜技術………………………………………………… 235
4.4 鋁鎵氮材料綜合性能分析…………………………………………………………… 238
4.4.1 位錯對GaN 材料的光學、電學性質的影響…………………………………… 238
4.4.2 AlGaN 材料的Al 組分測量與應變狀態確定………………………………… 242
4.4.3 高Al 組分AlGaN 材料的組分均勻性………………………………………… 245
4.4.4 AlGaN 材料的氧化現象……………………………………………………… 248
本章小結……………………………………………………………………………………… 250
參考文獻……………………………………………………………………………………… 251
第5章 碲鎘汞探測器晶片技術………………………………………………………………… 259
5.1 概述…………………………………………………………………………………… 259
5.2 碲鎘汞探測器晶片加工技術………………………………………………………… 259
5.2.1 碲鎘汞微台面列陣隔離技術………………………………………………… 260
5.2.2 微台面光刻技術……………………………………………………………… 296
5.2.3 微台面列陣的高質量側壁鈍化技術………………………………………… 298
5.2.4 微台面列陣的金屬化技術…………………………………………………… 302
5.2.5 微台面列陣的銦柱製備與混成互連技術…………………………………… 306
5.3 雙色微台面探測晶片………………………………………………………………… 310
5.3.1 雙色探測晶片結構的選型…………………………………………………… 310
5.3.2 雙色碲鎘汞微台面探測器的製備…………………………………………… 312
5.4 矽基碲鎘汞加工工藝技術…………………………………………………………… 315
5.4.1 矽基碲鎘汞應力分析以及結構設計………………………………………… 315
5.4.2 矽基碲鎘汞3 英寸晶圓的應力晶片低損傷加工技術……………………… 319
本章小結……………………………………………………………………………………… 322
參考文獻……………………………………………………………………………………… 324
第6章 鋁鎵氮焦平面探測器晶片技術………………………………………………………… 328
6.1 概述…………………………………………………………………………………… 328
6.2 鋁鎵氮p - i - n 型日盲紫外探測器的回響模型及設計…………………………… 328
6.2.1 AlGaN 薄膜材料的材料參數………………………………………………… 329
6.2.2 AlGaN 異質結p - i - n 探測器的回響模型及設計………………………… 329
6.3 鋁鎵氮共振增強型紫外探測器……………………………………………………… 336
6.3.1 共振增強型紫外探測器的基本結構………………………………………… 336
6.3.2 共振增強型紫外探測器的設計與實驗……………………………………… 337
6.4 鋁鎵氮探測器晶片加工技術………………………………………………………… 345
6.4.1 微台面形成技術……………………………………………………………… 345
6.4.2 晶片的鈍化…………………………………………………………………… 359
6.4.3 歐姆接觸技術………………………………………………………………… 361
6.5 鋁鎵氮探測器的輻照效應…………………………………………………………… 383
6.5.1 質子輻照效應………………………………………………………………… 383
6.5.2 電子輻照效應………………………………………………………………… 385
6.5.3 γ 輻照效應…………………………………………………………………… 388
6.5.4 GaN 基紫外探測器的抗輻照研究…………………………………………… 390
6.6 紫外焦平面組件的成像及其套用…………………………………………………… 395
6.6.1 對氫氧焰灼燒的石英管的成像……………………………………………… 395
6.6.2 對上海市區某輕軌和高架路的可見盲紫外圖像…………………………… 395
6.6.3 對室外遠景物體的成像……………………………………………………… 396
6.6.4 海洋溢油的航空紫外圖像…………………………………………………… 397
本章小結……………………………………………………………………………………… 397
參考文獻……………………………………………………………………………………… 398
第7章 讀出電路及焦平面測試技術…………………………………………………………… 405
7.1 概述…………………………………………………………………………………… 405
7.2 讀出電路基本概念和發展趨勢……………………………………………………… 405
7.3 雙色讀出電路技術…………………………………………………………………… 407
7.3.1 常見的雙色信號讀出電路結構……………………………………………… 409
7.3.2 同時模式雙色信號讀出電路實現…………………………………………… 416
7.3.3 紅外雙色讀出電路和紫外讀出電路設計示例……………………………… 419
7.4 數字傳輸晶片技術…………………………………………………………………… 429
7.4.1 焦平面數位化的框架………………………………………………………… 430
7.4.2 焦平面片上ADC 電路算法…………………………………………………… 433
7.4.3 焦平面片上ADC 電路設計實現……………………………………………… 439
7.5 焦平面測試技術……………………………………………………………………… 473
7.5.1 紅外焦平面參數測試………………………………………………………… 473
7.5.2 紫外焦平面參數測試………………………………………………………… 478
本章小結……………………………………………………………………………………… 479
參考文獻……………………………………………………………………………………… 480
第8章 系統級晶片技術………………………………………………………………………… 482
8.1 概述…………………………………………………………………………………… 482
8.2 系統級封裝的基本概念以及技術趨勢……………………………………………… 482
8.2.1 SiP 技術………………………………………………………………………… 484
8.2.2 系統晶片的片上智慧型實時處理系統的實現途徑…………………………… 487
8.3 焦平面數據無線光輸出的基本概念與實現方法…………………………………… 492
8.3.1 焦平面無線光輸出的基本概念……………………………………………… 493
8.3.2 光輸出方法概述……………………………………………………………… 494
8.3.3 串列紅外數據通信技術……………………………………………………… 496
8.4 焦平面非均勻性校正及其算法實現………………………………………………… 506
8.4.1 焦平面非均勻性校正的概述………………………………………………… 507
8.4.2 基於定標的焦平面非均勻性校正算法……………………………………… 508
8.4.3 基於場景的焦平面非均勻性校正算法……………………………………… 508
8.5 多波段數據融合的基本概念與算法實現…………………………………………… 525
8.5.1 多波段數據融合概述………………………………………………………… 525
8.5.2 多波段圖像融合先進算法…………………………………………………… 526
8.5.3 基於DSP 的多波段數據融合算法的實現…………………………………… 557
8.5.4 基於FPGA 的多波段數據融合算法的實時實現…………………………… 559
本章小結……………………………………………………………………………………… 564
參考文獻……………………………………………………………………………………… 565
作品影響
2013年10月，該書入選第四屆“三個一百”原創圖書出版工程科學技術類圖書。
