昆明HgCdTe 红外焦平探测器产业化简述

摘要：HgCdTe 红外焦平探测器经过多年的研发，已达到批量生产的水平。昆明物理研究所批量生产的第二代红外探测器产品主要是长波 288×4 和中波 320×256 两类典型的红外焦平面探测器组件。在2013 年这两类组件生产的数量分别可达几百套。介绍了在红外探测器生产中所需解决的关键问题，主要是 HgCdTe 材料的质量及光伏器件工艺的稳定性，并介绍两类主要生产的探测器组件产品及其性能结果。
国产第一代红外探测器批量使用是在上世纪 90年代末，使用时带一个复杂二维扫描系统，是制冷型小线列光导探测器，国内第二代 HgCdTe 红外焦平面探测器在1998年开始立项研制。第二代红外探测器定义为用红外探测器芯片和带信号预处理与多路传输技术的读出电路芯片藕合在焦平面上。昆明物理所从 2006 年开始经过四年技术研发从 2010 年开始批量生产长波 288×4 和中波 320×256 两类典型红外焦平面探测器组件。由于红外探测器技术的日益成熟，红外系统被越来越多领域包括军事、安全、过程控制、环境监测、科学和空间应用。国际上 HgCdTe 制冷型红外焦平面探测器的需求是每年约 16000 套，国内对国产 HgCdTe 红外焦平面探测器的需求也越来越大。因此，把科研成果转化为工程化产品具有非常重大的意义。长波 288×4 元探测器组件在国际上是一款畅销产品，目前在国内外研制和生产的大多数第二代前视红外热像仪都基于这种类型的探测器。在这些第二代前视红外系统中，某些热像仪已经大规模生产，法国1993 年开始生产长波 288×4 元探测器组件，已有数万个 288×4 元探测器被很多国家的用户购买。
昆明物理所生产的长波 288×4 元探测器组件与法国产品相兼容。 通过对近几年生产的长波 288×4 元探测器组件的性能进行统计分析，其峰值探测率平均值为 1.6×10-11cmHz1/2W－1，响应率非均匀性平均值为6%。这说明昆明物理研究所生产的长波 288×4 元探测器组件性能和法国同类产品性能相当，但是由于性能离散性较大，仍需要进一步优化工艺。
法国 Sofradir 公司于 1999 年开始生产中波 320×256 元红外探测器组件。昆明物理所从 2010 年开始生产中波 320×256 元红外探测器组件。该组件有两种杜瓦封装制冷方式，以适应不同的武器装备需求。
昆明物理所生产的中波 320×256 元探测器组件与法国产品相兼容。图 6 是中波 320×256 元探测器典型的信号图。通过对近几年生产的中波 320×256元探测器组件的性能进行统计分析，其噪声等效温差平均值为 10 mK，响应率非均匀性平均值为 5%。这说明昆明物理所生产的中波 320×256 元探测器组件性能接近法国同类产品性能，但是均匀性及稳定性需进一步提高。
把 HgCdTe 红外焦平面器件的研究成果转向生产方面，在国内一直是个瓶颈问题，这也是各级领导和用户关心的问题；昆明物理研究所红外探测器中心做了大量的艰苦工作，取得了一定的经验和教训，2013年两种典型的红外焦平面探测器组件生产的数量分别可达几百套。
首先红外焦平面器件的生产要基于优良的碲锌镉衬底、HgCdTe 液相外延薄膜材料，只有材料的质量得到稳定控制，生产才有保障。其次利用重复性好的离子注入平面光伏工艺，控制好工艺设备和工艺参数；提高芯片的成品率。最后，产品交付用户后根据用户的反馈优化工艺，采用更大面积的 HgCdTe 液相外延薄膜材料来提高产量和降低成本，是昆明物理研究所进一步努力的目标。摘要：HgCdTe 红外焦平探测器经过多年的研发，已达到批量生产的水平。昆明物理研究所批量生产的第二代红外探测器产品主要是长波 288×4 和中波 320×256 两类典型的红外焦平面探测器组件。在2013 年这两类组件生产的数量分别可达几百套。介绍了在红外探测器生产中所需解决的关键问题，主要是 HgCdTe 材料的质量及光伏器件工艺的稳定性，并介绍两类主要生产的探测器组件产品及其性能结果。
国产第一代红外探测器批量使用是在上世纪 90年代末，使用时带一个复杂二维扫描系统，是制冷型小线列光导探测器，国内第二代 HgCdTe 红外焦平面探测器在1998年开始立项研制。第二代红外探测器定义为用红外探测器芯片和带信号预处理与多路传输技术的读出电路芯片藕合在焦平面上。昆明物理所从 2006 年开始经过四年技术研发从 2010 年开始批量生产长波 288×4 和中波 320×256 两类典型红外焦平面探测器组件。由于红外探测器技术的日益成熟，红外系统被越来越多领域包括军事、安全、过程控制、环境监测、科学和空间应用。国际上 HgCdTe 制冷型红外焦平面探测器的需求是每年约 16000 套，国内对国产 HgCdTe 红外焦平面探测器的需求也越来越大。因此，把科研成果转化为工程化产品具有非常重大的意义。长波 288×4 元探测器组件在国际上是一款畅销产品，目前在国内外研制和生产的大多数第二代前视红外热像仪都基于这种类型的探测器。在这些第二代前视红外系统中，某些热像仪已经大规模生产，法国1993 年开始生产长波 288×4 元探测器组件，已有数万个 288×4 元探测器被很多国家的用户购买。
昆明物理所生产的长波 288×4 元探测器组件与法国产品相兼容。 通过对近几年生产的长波 288×4 元探测器组件的性能进行统计分析，其峰值探测率平均值为 1.6×10-11cmHz1/2W－1，响应率非均匀性平均值为6%。这说明昆明物理研究所生产的长波 288×4 元探测器组件性能和法国同类产品性能相当，但是由于性能离散性较大，仍需要进一步优化工艺。
法国 Sofradir 公司于 1999 年开始生产中波 320×256 元红外探测器组件。昆明物理所从 2010 年开始生产中波 320×256 元红外探测器组件。该组件有两种杜瓦封装制冷方式，以适应不同的武器装备需求。
昆明物理所生产的中波 320×256 元探测器组件与法国产品相兼容。图 6 是中波 320×256 元探测器典型的信号图。通过对近几年生产的中波 320×256元探测器组件的性能进行统计分析，其噪声等效温差平均值为 10 mK，响应率非均匀性平均值为 5%。这说明昆明物理所生产的中波 320×256 元探测器组件性能接近法国同类产品性能，但是均匀性及稳定性需进一步提高。
把 HgCdTe 红外焦平面器件的研究成果转向生产方面，在国内一直是个瓶颈问题，这也是各级领导和用户关心的问题；昆明物理研究所红外探测器中心做了大量的艰苦工作，取得了一定的经验和教训，2013年两种典型的红外焦平面探测器组件生产的数量分别可达几百套。
首先红外焦平面器件的生产要基于优良的碲锌镉衬底、HgCdTe 液相外延薄膜材料，只有材料的质量得到稳定控制，生产才有保障。其次利用重复性好的离子注入平面光伏工艺，控制好工艺设备和工艺参数；提高芯片的成品率。最后，产品交付用户后根据用户的反馈优化工艺，采用更大面积的 HgCdTe 液相外延薄膜材料来提高产量和降低成本，是昆明物理研究所进一步努力的目标。