延伸波长InGaAs红外焦平面暗电流及读出电路研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 黄松垒 |
| 答辩日期 | 2011-06-03 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 方家熊 ; 李言谨 |
| 关键词 | Ingaas 暗电流 读出电路 焦平面噪声 Autozero失调补偿 |
| 学位专业 | 微电子学与固体电子学 |
| 英文摘要 | 本论文研究了延伸波长InGaAs红外焦平面暗电流及读出电路。InGaAs红外焦平面组件在0.9-1.7μm波段可以非制冷室温下工作，但是当响应光谱延展至2.4μm时，InGaAs光敏元与衬底InP晶格不匹配，暗电流比1.7μm波段的大2-3个数量级。针对延伸波长InGaAs暗电流大，容易使读出电路积分电容饱和、均匀性差等问题，对焦平面噪声与温度、积分时间（Tint）关系进行测量，分析噪声成分，并提出一种基于输入级失调补偿的读出电路设计，用于补偿读出电路输入级的失调补偿电压，从而减小光敏元两端的偏压，以达到抑制暗电流的目的。本论文研究的内容和主要结果如下：1、通常焦平面组件信号与积分时间Tint成正比，而其噪声与Tint的开方成正比，因而利用焦平面的片内积分功能即延长Tint就可以提高信噪比。本论文在实验上发现在某些条件下，焦平面噪声与积分时间成正比的现象，并进行了理论分析。对三种不同尺寸InGaAs光敏元的焦平面噪声与温度、积分时间的关系进行了实验和分析，结果表明对于小周长面积比（25×25μm2）的延伸波长InGaAs焦平面，其主要噪声是散粒噪声和产生复合噪声，1/f噪声最大只占总噪声功率的38%左右；而大周长面积比（38×500μm2）的延伸波长InGaAs焦平面，其主要噪声是1/f噪声，积分时间越长，1/f噪声占焦平面总噪声比重越大，可以达到总噪声功率的75%左右，此时焦平面噪声与积分时间Tint成正比。这些结果提示，改进光敏芯片的表面处理工艺从而降低表面漏电引起的1/f噪声，是提高延伸波长InGaAs焦平面性能的一个重要方面。2、针对延伸波长InGaAs暗电流比较大的特点，设计了带有Autozero补偿技术的8元读出电路，并对读出电路进行仿真，版图设计、验证。采用0.5μm标准CMOS工艺流片之后，对读出电路以及其与InGaAs光敏元耦合互连后的焦平面进行测试，结果表明：A)读出电路工作在没有电压补偿的模式下，饱和信号值为1.85V，线性范围为0-1.8V，Tint=3ms时，噪声为7.5E-4V，动态范围为68dB；B)工作在补偿模式下，光敏元两端的失调电压反而从4mV增到16mV。对光敏元偏置电压的稳定性测量分析指出，MOS晶体管的栅极注入电荷和漏电流是影响失调补偿的主要因素。为了克服MOS管栅极注入电荷的影响，提出了一种新的读出电路设计方案，增大补偿电容、改变放大器双端输出为单端输出、增大控制补偿电容的MOS管长宽比，完成了新读出电路的版图设计与验证。 |
| 学科主题 | 红外探测材料与器件 |
| 公开日期 | 2012-09-11 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/5308]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_上海技物所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 黄松垒. 延伸波长InGaAs红外焦平面暗电流及读出电路研究[D]. 中国科学院研究生院. 2011. |
入库方式： OAI收割
来源：上海技术物理研究所
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