基于智能控制的二类超晶格红外探测器制造技术

本发明专利技术涉及一种基于智能控制的二类超晶格红外探测器，所述探测器包括：红外探测器主体，包括N

【技术实现步骤摘要】
基于智能控制的二类超晶格红外探测器


[0001]本专利技术涉及半导体器件领域，尤其涉及一种基于智能控制的二类超晶格红外探测器。

技术介绍

[0002]自然界的光线按照波长由短到长大致可以分为 X 光、紫外线、可见光、红外线、微波等。其中红外线的波长范围在0.75μm
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1000μm之间，区别于其他波长的光，红外线的发射不需要特定的发射源。自然界中所有温度高于绝对零度的物体都在无时无刻地自发地向外辐射红外线。红外线的这一特点，催生了红外探测技术发展。
[0003]用于探测物体红外辐射信号的电子元件被称为红外探测器。红外探测器的核心组成部分为探测器芯片，探测器芯片由MEMS传感器和CMOS读出电路构成。MEMS传感器用来接收物体的红外辐射并产生响应信号，CMOS读出电路芯片接收MEMS传感器的响应信号，并将其处理为可被后端成像电路识别的电信号。MEMS的材料不同，接收红外辐射后产生的响应信号也不同。常见的MEMS材料有两大类，一类是以氧化钒、非晶硅为代表的常温工作材料，另一类是以碲镉汞、锑化铟、二类超晶格为代表的低温工作材料。常温工作材料主要利用红外辐射的热效应进行工作，接收红外辐射后材料的电阻率会改变而产生电信号。低温工作材料依据光电效应工作，材料接收红外辐射后产生光生载流子而产生电信号。
[0004]作为红外探测器的一种重要类型，二类超晶格红外探测器使用的二类超晶格材料的优势体现在以下几方面：第一，二类超晶格材料的电子有效质量大，在长波范围约为碲镉汞的3倍，尤其在甚长波，随着波长增长，碲镉汞的电子有效质量变小，而Ⅱ类超晶格材料的电子有效质量却不变，由此决定了二类超晶格探测器带间隧穿电流小，器件暗电流小。第二，通过应变对能带结构的调节作用，能提高载流子有效寿命，提高器件性能。第三，基于
Ⅲ‑Ⅴ
族材料生长方式，采用先进的MBE薄膜材料生长系统进行材料生长，衬底采用晶格匹配的GaSb衬底，能够生长大面积均匀性好的二类超晶格红外探测器材料，包括长波红外探测材料。第四，二类超晶格材料构成元素之间化学键强，材料稳定性好，对工艺的要求大大降低，器件产业化优势明显，成本可望大大低于碲镉汞红外探测器。
[0005]示例地，中国专利技术专利公开文本CN102569484 A提出的一种InAs/GaSb二类超晶格红外探测器，所述二类超晶格红外探测器包括：一衬底；一缓冲欧姆接触层，制作在衬底上；一第一二类超晶格层，制作在缓冲欧姆接触层上，使缓冲欧姆接触层上面的两侧形成台面；一本征二类超晶格光吸收层，制作在第一二类超晶格层上；一第二二类超晶格层，制作在本征二类超晶格光吸收层上；一欧姆接触层，制作在第二二类超晶格层上；一钝化层，覆盖缓冲欧姆接触层两侧的部分台面、第一二类超晶格层、本征二类超晶格光吸收层、第二二类超晶格层和欧姆接触层的侧面，及欧姆接触层上的两侧面，覆盖欧姆接触层的该钝化层的中间有一透光口，覆盖缓冲欧姆接触层的该钝化层两侧的台面上分别有一电极窗口；一上电极，制作在透光口的两侧；一下电极，制作在电极窗口内。
[0006]示例地，中国专利技术专利公开文本CN114817843 A提出的一种超晶格红外探测材料
的能带结构计算方法，包括如下步骤：确定所需优化的元素种类以及半导体种类；利用密度泛函计算各半导体的晶格常数，调节泛函参数或/和元素的赝势和基组，实现各半导体的晶格常数的优化，使计算出的各半导体的晶格常数满足设定要求，确定对应的泛函参数以及各元素的赝势和基组；基于以上步骤优化得到的泛函参数以及各元素的赝势、基组，计算超晶格红外探测材料的能带结构。本专利技术可以实现各种超晶格红外探测材料的能带结构的精确计算。
[0007]在现有技术中的这些技术方案中，二类超晶格红外探测器的工作模式较为单一，或者为保存打开状态，或者为保持关闭状态，无法根据具体的使用环境是否适合二类超晶格红外探测器的使用进行二类超晶格红外探测器的开关控制，从而导致二类超晶格红外探测器一直保持开机状态，缩短了其使用的寿命，另外，现有技术中的二类超晶格红外探测器无法预测其下一帧采集的红外探测画面的画质参数，例如噪声等效温差NETD，导致在采集的红外探测画面的画质参数未达预期时，需要放弃当前采集的红外探测画面重新进行探测参数的调整，以试图获取较佳质量的红外探测画面，显然这种参数调整模式浪费了大量的采集画面和采集成本，也容易陷入繁琐、复杂的探测参数调整循环中。

技术实现思路

[0008]为了解决现有技术中的技术问题，本专利技术提供了一种基于智能控制的二类超晶格红外探测器，一方面，通过采用定制结构的辅助收发阵列对二类超晶格红外探测器主体前方的红外探测环境进行复杂环境的鉴定，从而优化二类超晶格红外探测器的开关控制策略以降低二类超晶格红外探测器的使用率，另一方面，通过采用针对性设计的人工智能模型对下一帧要采集的红外探测画面的画质进行智能预测，并采用采集前的探测参数自动调节配置模式进行优化探测参数的解析，仅在智能预测到的画质达到预期后才真正执行实际的红外探测操作，从而降低了红外探测的各项成本。
[0009]根据本专利技术的第一方面，提供了一种基于智能控制的二类超晶格红外探测器，所述探测器包括：红外探测器主体，包括N
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N的长波红外焦平面阵列，所述长波红外焦平面阵列中的像元中心间距为20
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30μm，像元尺寸大小为18
×
18μm2，所述红外探测器主体截止波长为15
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20μm，N的取值在128
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1024之间；辅助收发阵列，设置在所述长波红外焦平面阵列的附近且包括同步驱动单元、微控单元以及均匀间隔设置的多个雷达测距单元，每一个雷达测距单元包括单个发送器件和单个接收器件，所述多个雷达测距单元在所述同步驱动单元的同步驱动控制下同时执行超声信号的朝向所述长波红外焦平面阵列的前方方向的发送；复杂分析器件，与所述辅助收发阵列连接，用于获取所述多个雷达测距单元分别对应的多个接收器件各自的超声信号的接收时间，并在多个接收器件各自的超声信号的接收时间的均方差大于等于设定均方差阈值时，发出环境复杂信号，否则发出环境简单信号；智能控制器件，分别与所述复杂分析器件以及所述红外探测器主体连接，用于在接收到所述环境复杂信号时，使能所述红外探测器主体的成像动作，还用于在接收到所述环境简单信号时，禁用所述红外探测器主体的成像动作并使能其他红外探测器主体；数据测量机构，与所述智能控制器件连接，用于在接收到所述环境复杂信号时，执
行对所述红外探测器主体的当前镜头光圈级数、当前偏压以及当前环境温度的现场测量；预测分析机构，与所述数据测量机构连接，用于基于阵列像元总数、像元中心间距、截止波长、当前镜头光圈级数、当前偏压以及当前环境温度采用前馈神经网络模型智能预测在当前镜头光圈级数、当前偏压以及当前环境温度下所述红外探测器主体的噪声等效温差NETD，所述阵列像元总数为N
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N；自动成像机构，与所述预测分析机构连接，用于在接收到的NETD小于等于设定噪声等效温差限本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于智能控制的二类超晶格红外探测器，其特征在于，所述探测器包括：红外探测器主体，包括N
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N的长波红外焦平面阵列，所述长波红外焦平面阵列中的像元中心间距为20
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30μm，像元尺寸大小为18
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18μm2，所述红外探测器主体截止波长为15
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20μm，N的取值在128
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1024之间；辅助收发阵列，设置在所述长波红外焦平面阵列的附近且包括同步驱动单元、微控单元以及均匀间隔设置的多个雷达测距单元，每一个雷达测距单元包括单个发送器件和单个接收器件，所述多个雷达测距单元在所述同步驱动单元的同步驱动控制下同时执行超声信号的朝向所述长波红外焦平面阵列的前方方向的发送；复杂分析器件，与所述辅助收发阵列连接，用于获取所述多个雷达测距单元分别对应的多个接收器件各自的超声信号的接收时间，并在多个接收器件各自的超声信号的接收时间的均方差大于等于设定均方差阈值时，发出环境复杂信号，否则发出环境简单信号；智能控制器件，分别与所述复杂分析器件以及所述红外探测器主体连接，用于在接收到所述环境复杂信号时，使能所述红外探测器主体的成像动作，还用于在接收到所述环境简单信号时，禁用所述红外探测器主体的成像动作并使能其他红外探测器主体；数据测量机构，与所述智能控制器件连接，用于在接收到所述环境复杂信号时，执行对所述红外探测器主体的当前镜头光圈级数、当前偏压以及当前环境温度的现场测量；预测分析机构，与所述数据测量机构连接，用于基于阵列像元总数、像元中心间距、截止波长、当前镜头光圈级数、当前偏压以及当前环境温度采用前馈神经网络模型智能预测在当前镜头光圈级数、当前偏压以及当前环境温度下所述红外探测器主体的噪声等效温差NETD，所述阵列像元总数为N
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N；自动成像机构，与所述预测分析机构连接，用于在接收到的NETD小于等于设定噪声等效温差限量时，驱动所述红外探测器主体执行红外探测成像操作，还用于在接收到的NETD大于所述设定噪声等效温差限量时，自动调低当前镜头光圈级数直到接收到的NETD小于等于设定噪声等效温差限量。2.如权利要求1所述的基于智能控制的二类超晶格红外探测器，其特征在于，所述探测器还包括：基于阵列像元总数、像元中心间距、截止波长、当前镜头光圈级数、当前偏压以及当前环境温度采用前馈神经网络模型智能预测在当前镜头光圈级数、当前偏压以及当前环境温度下所述红外探测器主体的噪声等效温差NETD包括：将阵列像元总数、像元中心间距、截止波长、当前镜头光圈级数、当前偏压以及当前环境温度作为所述前馈神经网络模型各项输入数据；其中，基于阵列像元总数、像元中心间距、截止波长、当前镜头光圈级数、当前偏压以及当前环境温度采用前馈神经网络模型智能预测在当前镜头光圈级数、当前偏压以及当前环境温度下所述红外探测器主体的噪声等效温差NETD还包括：将在当前镜头光圈级数、当前偏压以及当前环境温度下所述红外探测器主体的噪声等效温差NETD作为所述前馈神经网络模型单项输出数据。3.如权利要求2所述的基于智能控制的二类超晶格红外探测器，其特征在于，所述探测器还包括：网络学习机构，与所述预测分析机构连接，用于采用多份学习数据对前馈神经网络分
别执行多次学习操作，以获得完成多次学习操作后的前馈神经网络；其中，所述网络学习机构还用于将完成多次学习操作后的前馈神经网络作为前馈神经网络模型发送给所述预测分析机构使用。4.如权利要求3所述的基于智能控制的二类超晶格红外探测器，其特征在于，所述探测器还包括：内容存储机构，与所述网络学习机构连接，用于存储完成多次学习操作后的前馈神经网络。5.如权利要求2所述的基于智能...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛建凯，张培峰，李斌，苏莹，徐文艾，
申请(专利权)人：太原国科半导体光电研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：