1.导言
现在工业、医疗、地理和军事对近红外勘探和成像有很多需求，本文介绍了一种呼应近红外的新式高增益GaAs/InGaAs量子光电勘探器。首要测验和评论了勘探器的I-V特性，勘探器偏压为-1.5V时呼应率大于10A/W，呼应率随光照功率增大减小。针对勘探器特性和勘探器阵列规划规划了2×8元读出电路，勘探器和读出电路对接后的样品作业在77K条件下。勘探器偏压为-1.5V，积分时刻为200μs时勘探器率到达1.38×1010cmHz1/2/W，到达实践使用的要求。为验证勘探器和读出电路及对接样品的实用性，最终规划了数据收集卡和成像体系，给出了测验成果。
2.勘探器和读出电路
2.1 勘探器
勘探器的I-V特性可认为读出电路规划供给重要根据，为此在光电测验渠道选用keithley 4200-SCS半导体特性测验仪测验勘探器特性。勘探器阵列为2×8元，单元勘探器面积为80×80μm.测验进程中作为公共电极的衬底电位固定，扫描单元勘探器一端的电压。
图1是器材的I – V特性，与Q W I P器材不同，特性曲线显着非对称。勘探器有一个-0.8V的阈值电压，勘探器偏压大于-0.8V后呼应电流敏捷增大，在-0.8V~-3V区间相应电流随偏压改变缓慢。正向偏置时勘探器呼应电流相对较小。测验得77K，-1.5V时勘探器暗电流小于10-13A，暗电流较小有利于下降噪声，进步勘探率和信噪比。C-V特性测得勘探器的电容约7.5pF.
图2是不同光照功率时勘探器的呼应率，成果显现勘探器的呼应率远大于1A/W，偏压为-1V时呼应率大于10A/W，阐明勘探器量子功率和光电增益较大。测验成果还显现勘探器的呼应率随光照功率增大减小，这个特性有利于进步成像体系的动态规模。
勘探器的作业偏压对焦平面作业有重要影响，需求细心挑选和严格操控。
图3显现勘探器偏压为-1V时动态阻抗较大，大动态阻抗表明勘探器呼应电流随作业偏压改变较小，下降了勘探器作业偏压的安稳性要求，进步了勘探器阵列呼应的一致性。因而勘探器阵列与读出电路对接后挑选-1V为作业电压。
2.2 读出电路
根据勘探器特性规划读出电路，结构如图4所示，包含行选开关、电容互阻放大器（CTIA）、相关双采样电路（CDS）、列选开关和输出缓冲器。选用CTIA结构为列放大器能够安稳勘探器作业偏压，进步注入功率和线性度，CDS电路能够按捺固定图形噪声。
读出电路作业进程如下：首要选通一行勘探器与CTIA列放大器衔接，然后列放大器复位，使积分电容放电，勘探器上电极的电位复位到复位电位。复位后列放大器开端积分，CDS电路采样和坚持列放大器的复位信号和积分信号。最终在列选开关的操控下顺次选通采样坚持电路，经过输出缓冲器顺次输出八个勘探器积分信号。
接着重复上面的读出进程，开端另一行勘探器的读出。
3.测验成果
3.1 勘探器阵列与读出电路对接测验
选用CSMC 0.6μm DPDM工艺规划并流片2×8读出电路，CTIA积分%&&&&&%规划为6pF.经过Si转接基板完结读出电路与2×8元勘探器阵列对接，如图5所示。对接样品安装在杜瓦内加液氮制冷后固定在光学渠道上，选用He-Ne激光器作为光源，宣布的光经过衰减聚集照射到器材外表。电路的作业电源和各个模仿电压经过外部测验电路供给，测验中勘探器单元电极电位设定为2.5V，公共电极设定为3.5V，勘探器作业电压为-1V.
图6显现了光照功率为117nW，积分时刻从20μs改变到200μs时读出电路输出电压的改变，成果读出电路的线性度好于99.5%，输出信号摆幅为2V，电荷容量为7.5×107.输出电压与光照功率的联系如图7所示，光照功率大于800nW时读出电路饱满。
勘探器阵列与读出电路对接后测验得噪声特性如图8所示，噪声随积分时刻增大减小，均匀噪声为 0.91mV，对接后样品的信噪比为67dB.噪声的特性与读出电路输入端勘探器和列放大器作业频率相关，输入端勘探器作业频率为1/2Tint［2］。 当积分时刻增大，勘探器和列放大器的作业频率下降，减小了噪声带宽，读出电路的输出噪声减小，因而延伸积分时刻有利于进步焦平面的勘探率。图9是勘探率与积分时刻的联系，随积分时刻增大，噪声减小，因而勘探率增大。勘探器偏压为-1.5V，积分时刻为200μs时勘探器率到达 1.38×1010cmHz1/2/W，到达实践使用的要求，为进一步大面阵读出电路和勘探器阵列的研发供给了根据。
3.2 数据收集与成像体系
为了验证对接后样品的作业功能，进一步规划了数据收集电路和成像体系，体系框图如图10所示。体系包含stm32处理器、上位机和显现器、对接后的焦平面阵列和光电测验渠道。Stm32处理器输出读出电路驱动操控信号，并使用本身集成的ADC完结读出电路输出模仿信号的数字化，然后经过USB接口把数字化的信号传输到上位机。经过VisualStudio6.0规划可视化图形界面，用灰度图显现表明16个勘探器单元的呼应。
图11分别给出了弱光条件和强光条件时2×8焦平面输出波形和灰度图显现。
勘探器作业偏压为- 1 。 5 V ， 积分时刻为100μs，当光照较弱时输出电压较小，16勘探器单元显现的相应的点亮度较低，光照较强时，相应点的显现亮度变亮。
4.定论
测验剖析了一种新式量子光电勘探器特性，勘探器有一个-0.8V的阈值电压，偏压大于阈值电压后器材呼应率远大于1A/W，且呼应率随光照功率增大减小。2×8勘探器阵列与规划的读出电路经过Si基板对接，对接后的焦平面阵列线性度好于99.5%，信噪比到达67dB，勘探器偏压为-1.5V，积分时刻为200μs时勘探器率到达1.38×1010cmHz1/2/W，到达实践使用的要求。选用规划的数据收集卡和成像体系验证了对接样品的实用性，为进一步大面阵读出电路和勘探器阵列的研发供给了有利的参阅。
