上海技物所在短波红外InGaAs焦平面领域取得研究进展

2023年12月13日发(作者：关于那件事)

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上海技物所在短波红外InGaAs焦平面领域取得研究进展

短波红外光电材料与器件具有高性能、高可靠性、低功耗、低成本等显著优点，可广泛应用于智慧城市、驾驶视觉增

强、安防监控、光伏芯片检测、光谱检测以及航天航空等诸多领域，具有重大的科学价值和经济效益。基于III-V族

InP/InGaAs材料体系的短波红外InGaAs探测器，具有高灵敏度、高均匀性、高稳定性等特点，具备室温或近室温工作

优势，是发展小型化、低功耗和高可靠性短波红外光电系统的理想选择之一。短波红外InGaAs焦平面探测器的标准响

应波段为0.9~1.7µm，可拓展至可见光波0.4µm，也可延伸至2.5µm。

自20世纪90年代开始开展InGaAs线列探测器研究，国际各大企业及研究机构争相在该领域先后取得显著成果。因此围

绕新一代遥感探测仪器应用需求，中国科学院上海技术物理研究（以下简称：“上海技物所”）在短波红外InGaAs焦平面

探测器领域取得了一系列进展。

据麦姆斯咨询报道，近期，上海技物所李雪研究员课题组在《红外与毫米波学报》期刊上发表了以“短波红外InGaAs焦

平面研究进展”为主题的文章。李雪研究员主要从事短波红外探测器、红外组件集成技术等研究工作。

上海技物所通过低缺陷外延材料、焦平面芯片制备工艺和低噪声读出电路技术研究，研制实现了最大规模达2560×2048

元的10µm中心距1~1.7µm InGaAs焦平面探测器，峰值探测率优于1.0×10 13 cmHz 1/2 /W，有效像素率达到99.7%；研

制实现了1280×1024元15µm中心距的1~2.5µm延伸波长探测器，峰值探测率优于5.0×10 11 cmHz 1/2 /W；发展了新体

制新结构器件，研制了单片集成4向偏振功能的160×128元偏振焦平面探测器，消光比优于37:1；研制了64×64元盖革雪

崩焦平面探测器，时间分辨率达到0.8ns。

上海技物所1.0~1.7µm InGaAs常规波长焦平面探测器发展

上海技物所自2007年起开展室温近红外InGaAs焦平面探测器的研究，取得了一系列重要进展，实现了800×2、

320×256、640×512、1024×128、4000×128、1280×1024、2560×2048等多个规格的0.9~1.7µm的近红外InGaAs探测

器，像元中心距从30µm减小到10µm，如上图。

短波InGaAs焦平面组件外场透雾成像验证：(a) 可见光照片；(b)短波红外，距离1.8km；(c)短波红外，距离9.9km。

面向微光夜视的应用需求，上海技物所研究了高量子效率可见-短波红外宽光谱InGaAs探测器。探索了制备高量子效率

可见-短波红外宽光谱InGaAs焦平面探测器的关键工艺及各工艺对器件性能的影响。研究了不同扩散条件下器件的I-V特

性变化和焦平面的暗噪声变化。最近，提出了采用感应耦合等离子体（InductivelyCoupled Plasma，ICP）刻蚀技术实

现超薄接触层的精确控制，并成功制备了160×120元宽光谱InGaAs焦平面器件，获得了从可见到短波红外波段

（0.5~1.7µm）整体量子效率超过60%的宽光谱高量子效率水平。

上海技物所又研制了光敏元中心距15µm的背照射1280×1024光敏芯片结构，采用高精度的工艺技术，实现高密度窄间

隔浅隔离槽结构；采用低损伤刻蚀台面成型技术、低应力钝化技术，严格控制光敏芯片面型，获得了平面度PV值小于

5µm的波长扩展1280×1024光敏芯片。

上海技物所集成线偏振的InGaAs短波红外焦平面发展

针对近红外激光三维成像应用需求，上海技物所研究发展了盖革模式InGaAs雪崩焦平面探测器，像素规模64×64元。采

用InGaAs/InP雪崩探测器（APD）阵列光敏芯片，与高精度淬灭计时读出电路耦合，形成精密制冷探测器组件。完成了

盖革模式APD阵列光敏芯片设计与制备优化技术、盖革模式APD输出信号与处理技术、大面积均匀制冷与高精度温控组

装封装技术、激光三维成像机芯技术等研究，形成盖革模式激光焦平面探测器成像样机，具备单光子面阵探测、激光主

动测距等功能。

本研究概述了上海技物所近年在短波红外InGaAs焦平面探测器领域取得的研究进展，主要涉及响应波长1~1.7µm

InGaAs大面阵、0.4~1.7µm高量子效率可见拓展、1.0~2.5µm延伸波长高光谱、像素级片上偏振集成和盖革模式雪崩焦

平面等方向，突破了低缺陷InGaAs材料外延生长、高密度低暗电流焦平面芯片制备工艺、微纳结构及偏振光栅片上工

艺集成、盖革雪崩器件和多模式多规格读出电路等关键技术，实现了10µm像素焦平面最大规模达2560×2048元，有效

像元率达99.7%，峰值探测率达1.1×10 13 cmHz 1/2 /W，同时报道了可见光波段量子效率、延伸波长器件暗电流、偏振

消光比、单光子探测灵敏度等其他几类器件的性能参数。相关器件的进一步发展，将为新一代多功能、高分辨率、时间

敏感的短波红外光电仪器研制提供探测器技术基础。延伸阅读：

《新兴图像传感器技术、应用及市场-2021版》

《飞行时间（ToF）传感器技术及应用-2020版》

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