1.引言

　　目前工業(yè)、醫(yī)療、天文和軍事對近紅外探測和成像有大量需求，本文介紹了一種響應近紅外的新型高增益GaAs/InGaAs量子光電探測器。首先測試和討論了探測器的I-V特性，探測器偏壓為-1.5V時響應率大于10A/W，響應率隨光照功率增大減小。針對探測器特性和探測器陣列規(guī)模設計了2×8元讀出電路，探測器和讀出電路對接后的樣品工作在77K條件下。探測器偏壓為-1.5V，積分時間為200μs時探測器率達到1.38×1010cmHz1/2/W，達到實際應用的要求。為驗證探測器和讀出電路及對接樣品的實用性，最后設計了數(shù)據(jù)采集卡和成像系統(tǒng)，給出了測試結(jié)果。

　　2.探測器和讀出電路

　　2.1 探測器

　　探測器的I-V特性可以為讀出電路設計提供重要依據(jù)，為此在光電測試平臺采用keithley 4200-SCS半導體特性測試儀測試探測器特性。探測器陣列為2×8元，單元探測器面積為80×80μm.測試過程中作為公共電極的襯底電位固定，掃描單元探測器一端的電壓。

　　圖1是器件的I - V特性，與Q W I P器件不同，特性曲線明顯非對稱。探測器有一個-0.8V的閾值電壓，探測器偏壓大于-0.8V后響應電流迅速增大，在-0.8V~-3V區(qū)間相應電流隨偏壓變化緩慢。正向偏置時探測器響應電流相對較小。測試得77K，-1.5V時探測器暗電流小于10-13A，暗電流較小有利于降低噪聲，提高探測率和信噪比。C-V特性測得探測器的電容約7.5pF.

　　圖2是不同光照功率時探測器的響應率，結(jié)果顯示探測器的響應率遠大于1A/W，偏壓為-1V時響應率大于10A/W，說明探測器量子效率和光電增益較大。測試結(jié)果還顯示探測器的響應率隨光照功率增大減小，這個特性有利于提高成像系統(tǒng)的動態(tài)范圍。

　　探測器的工作偏壓對焦平面工作有重要影響，需要仔細選擇和嚴格控制。

　　圖3顯示探測器偏壓為-1V時動態(tài)阻抗較大，大動態(tài)阻抗表示探測器響應電流隨工作偏壓變化較小，降低了探測器工作偏壓的穩(wěn)定性要求，提高了探測器陣列響應的一致性。因此探測器陣列與讀出電路對接后選擇-1V為工作電壓。

　　2.2 讀出電路

　　根據(jù)探測器特性設計讀出電路，結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括行選開關(guān)、電容互阻放大器（CTIA）、相關(guān)雙采樣電路（CDS）、列選開關(guān)和輸出緩沖器。采用CTIA結(jié)構(gòu)為列放大器可以穩(wěn)定探測器工作偏壓，提高注入效率和線性度，CDS電路可以抑制固定圖形噪聲。

　　讀出電路工作過程如下：首先選通一行探測器與CTIA列放大器連接，然后列放大器復位，使積分電容放電，探測器上電極的電位復位到復位電位。復位后列放大器開始積分，CDS電路采樣和保持列放大器的復位信號和積分信號。最后在列選開關(guān)的控制下依次選通采樣保持電路，通過輸出緩沖器依次輸出八個探測器積分信號。

　　接著重復上面的讀出過程，開始另一行探測器的讀出。