红外光电探测器发展动态资料

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1、红外光电探测器发展动态1红外光电探测器的的历史红外探测成像具有作用距离远、抗干扰性好、穿透烟尘雾霾能力强、可全天候、全天时工作等优点在军用和民用领域都得到了极为广泛的应用按照探测过程的物理机理，红外探测器可分为两类即热探测器和光电探测器。光电探测器的工作原理是目标红外辐射的光子流与探测器材料相互作用，并在灵敏区域产生内光电效应。因具有灵敏度高、响应速度快的优点，光电探测器在预警、精确制导、火控和侦察等红外探测系统中得到广泛应用。红外焦平面阵列可探测目标的红外辐射，通过光电转换、电信号处理等手段，可将目标物体的温度分布图像转换成视频图像，是集光、机、电等尖端技术于一体的红外光电探测器H。目

2、前许多国家，尤其是美国等西方军事发达国家，都花费大量的人力、物力和财力进行此方面的研究与开发，并获得了成功。红外光电探测器研究从第一代开始至今已有40余年历史，按照其特点可分为三代。第一代(1970s～1980s)主要是以单元、多元器件进行光机串／并扫描成像，以及以4×288为代表的时间延迟积分(TDI，timedelayintegration)类扫描型(scanning)红外焦平面列阵。单元、多元探测器扫描成像需要复杂笨重的二维、一维扫描系统结构，且灵敏度低。第二代红外光电探测器是小、中规格的凝视型(staring)红外焦平面列阵。M×N凝视型红外焦平面探测元数从1元、N元变成M×N元

3、，灵敏度也分别从l与N1/2增长M×N1/2倍和M1/2。而且，大规模凝视焦平面阵列，不再需要光机扫描，大大简化整机系统。目前，正在发展第三代红外光电探测器。探测器具有大面阵、小型化、低成本、双色(two-color)与多色(multi-color)、智能型系统级灵巧芯片等特点，并集成有高性能数字信号处理功能，可实现单片多波段融合高分辨率探测与识别。因此，本文将重点综述三代红外光电探测器的材料体系及其研究现状，并分析未来红外光电探测器的材料选择及发展趋势。2三代探测器的材料体系与发展现状红外光电探测器的材料很多，但真正适于发展三代红外光电探测器，即响应波段灵活可调的双色与多色红外焦平面列

4、阵器件的材料则很少。目前，主要有传统的HgCdTe和QWIPs，以及新型的二类SLs和QDIPs，共四个材料体系。作为长波红外(LWIR)，特别是双色与多色红外的光电探测材料，它们的主要特性如表1所示。下面对三代红外光电探测器的四个材料体系及其各自的发展现状进行简单地介绍。表1HgCdTe、二类超晶格和量子阱作为长波红外探测材料的主要特性2．1HgCdTe材料及其三代红外探测器HgCdTe红外光电探测器现已广泛应用于预警卫星、侦察、制导、遥感和天文等领域。由于，HgCdTe外延薄膜生长技术已趋于成熟，用分子束外延(MBE)或金属有机化合物气相沉积(MOVPE)等技术可以制备多层或更加复杂

5、的器件结构，能获得适于三代双色、多色红外光电探测器发展需要的HgCdTe多层异质结材料。国际上知名研究机构有美国DRS、Raytheon、法国Sofradir、英国SELEx和德国AIM等，已研制、生产的高水平商用碲镉汞红外焦平面探测器有：长波640×480、中波2048×2048、短波4096×4096、双色／双波段1280×720。表2是美国Raytlleon、法国Sofradir和英国SELEx公司报道的相同像素规格、响应波段与像元尺寸的单色和双色红外光电探测器性能情况。表2双色HgCdTe红外焦平面探测器性能表最近，英国SELEx公司报道了硅基HgCdTe双色探测器和砷化镓基Hg

6、CdTe三色红外光电探测器的研究进展。硅基HgCdTe双色探测器规模为320×256，中波与长波截止波长为5μm/9.5μm，噪声等效温差(NETD)分别为16．6mK／32．8mK，有效像元率分别为99．4％/98．2％。三色红外光电探测器是由采用MOVPE在砷化镓(GaAs)衬底上生长的N-P-P—p—n型多层异质结HgcdTe薄膜材料，通过微台面列阵隔离、表面钝化与金属化层制作以及铟柱列阵制备来获得的。三色红外光电探测器是在两个背靠背光电二极管的双色红外光电探测器的中间势垒区增加一个响应居中波段(IM，intermediatewavelength)的有源区。短波、长波工作是其相应光

7、电二极管在小反偏下来实现的。当电子势垒在短波光电二极管大反偏下被降低时，IM有源区光生少数载流子能从IM有源区注入到短波光电二极管，从而实现居中波段工作，进而实现红外光电探测器的三色探测。HgCdTe三色红外光电探测器的性能，与两个背靠背光电二极管中间势垒区的掺杂浓度水平，以及势垒和短波光电二极管结区之间相对位置有密切的关系。目前，MOVPE、分子束外延(MBE)可精确控制纵向的组分变化、原位掺杂浓度以及各种过渡区相对位置，能实现三