双色大面阵量子阱红外探测器读出电路设计

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1、第４６卷第２期激光与红外Ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．２２０１６年２月ＬＡＳＥＲ＆ＩＮＦＲＡＲＥＤＪａｎｕａｒｙ，２０１６文章编号：１００１５０７８（２０１６）０２０２２５０５·电子电路·双色大面阵量子阱红外探测器读出电路设计于艳，谭振，宁玮（华北光电技术研究所，北京１０００１５）摘要：以双色量子阱６４０×５１２读出电路的设计为例阐述大面阵读出电路的设计要点，分模块详细说明了设计思路和具体电路结构，给出了电路仿真结果和实测结果，最后从电路、版图的角度分析了双波段大规格读出电路的一些设计要点。关键词：双色；量子阱；读出电路；大面阵中图分类号：ＴＮ２１４文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ

2、．ｉｓｓｎ．１００１５０７８．２０１６．０２．０２０ＤｅｓｉｇｎｏｆｄｕａｌｂａｎｄｌａｒｇｅｆｏｒｍａｔＱＷＩＰＲＯＩＣＹＵＹａｎ，ＴＡＮＺｈｅｎ，ＮＩＮＧＷｅｉ（ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００１５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｋｅｙｄｅｓｉｇｎｐｏｉｎｔｓｏｆｌａｒｇｅｆｏｒｍａｔｒｅａｄｏｕｔｃｉｒｃｕｉｔａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄｗｉｔｈｄｕａｌｂａｎｄＱＷＩＰ６４０×５１２ＲＯＩＣｄｅｓｉｇｎａｓａｎｅｘａｍｐｌｅＴｈｅｄｅｓｉｇｎｉｄｅａａｎｄｓｐｅｃｉｆｉｃｃｉｒｃｕｉｔｃｏｎ

3、ｆｉｇｕｒａｔｉｏｎａｒｅｅｘｐｌａｉｎｅｄｉｎｄｅｔａｉｌＴｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｎｄｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｇｉｖｅｎＦｉｎａｌｌｙ，ｓｏｍｅｋｅｙｄｅｓｉｇｎｐｏｉｎｔｓｏｆｄｕａｌｂａｎｄｌａｒｇｅｆｏｒｍａｔＲＯＩＣａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｆｒｏｍｐｏｉｎｔｏｆｖｉｅｗｏｆｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｌａｙｏｕｔＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｕａｌｂａｎｄ；ＱＷＩＰ；ＲＯＩＣ；ｌａｒｇｅｆｏｒｍａｔ１引言详细说明了设计思路和具体电路结构，给出了电路在过去的很长时间里，以光伏探测器材料如碲仿真结果和实测结果，最后从电路、版图的角度分析镉汞和锑化铟为基础的第二代红外焦

4、平面技术获得了双波段大规格读出电路的一些设计要点。了快速发展。而基于量子限制效应导致的子带间跃２双色量子阱红外探测器读出电路设计迁原理的量子阱红外探测器是一种新型的器件［１］。２１双色ｎｉｎ量子阱红外探测器结构量子阱红外探测器相对碲镉汞红外探测器而言由于器件结构采用ｎ－ｉ－ｎ的生长方式，首先生长工艺复杂度低、光谱响应带宽窄、不同波段之间的光１５μｍ的高Ａｌ组分的ＡｌｘＧａ１－ｘＡｓ腐蚀停止层和１０μｍ的ｎ型掺杂的下电极欧姆接触层，然后生长学串音小，因此特别适宜制备双色、多色及高均匀性大规模焦平面探测器。与碲镉汞红外探测器相比，３０个周期的ＩｎｘＧａ１－ｘＡｓ／ＧａＡｓ／Ａｌｘ

5、Ｇａ１－ｘＡｓ中波红外（ＭＷＩＲ）多量子阱，再生长０５μｍ的ｎ型掺杂的它具有波长连续可调、器件制备成本低和抗辐照等［２］中波ＱＷＩＰ的上电极层，同时该层也作为长波ＱＷＩＰ等优越性。的下电极层，再生长３０个周期的ＧａＡｓ／ＡｌｘＧａ１－ｘＡｓ读出电路用于将探测器光敏元的微弱信号进行长波红外（ＬＷＩＲ）多量子阱，最后生长０５μｍ的长收集、放大和读出，因此成为红外焦平面芯片不可缺波ＱＷＩＰ上电极层，在最上面再生长一层盖帽层（光少的重要组成部分。本文介绍了双色量子阱６４０×栅层），如图１所示。５１２，３０μｍ中心距探测器读出电路的设计，分模块作者简介：于艳（１９７８－），女，硕士，高级工程

6、师，主要从事红外探测器读出电路的设计研究。Ｅｍａｉｌ：ｙｙ６６５５２８＠１６３．ｃｏｍ收稿日期：２０１５０５２１；修订日期：２０１５０８０４２２６激光与红外第４６卷２２１输入级电路设计输入级电路直接与红外探测器光敏元耦合，是读出电路很重要的组成部分，需要有尽量高的注入效率和尽量低的噪声贡献，根据具体的探测器特点输入级电路的主要结构有直接注入（ＤＩ）、源跟随（ＳＦ）、缓冲直接注入（ＢＤＩ）、电容跨导积分放大器［３－４］（ＣＴＩＡ）、开关电流积分（ＣＭＩ）等。在本设计图１探测器结构示意图中，中／长波的输入级电路要共同放置在３０μｍ×Ｆｉｇ１ＳｃｈｅｍａｔｉｃＤｉａｇｒａｍｏ

7、ｆＤｅｔｅｃｔｏｒＳｔｒｕｃｔｕｒｅ３０μｍ的面积中，因此结构不能过于复杂；此外整个２２双色量子阱红外探测器读出电路设计思路阵列一共包含６４０×５１２×２个输入级，功耗也需要适用于量子阱红外探测器的读出电路与碲镉汞严格控制，这种情况下，直接注入型（ＤＩ）结构成为红外探测器的读出电路有所不同，一方面需要为探最佳选择。测器提供的偏置点较高，另一方面需要能够处理其由于输入级的积分电容值直接与面积相关，为较大的暗电流，保证宽的输出摆幅。除此之外，由于