资源描述：
《红外探测器技术发展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、红外探测器技术发展袁继俊（华北光电技术研究所，北京100015）主要讨论的几个问题1、红外探测器从分立型器件到焦平面阵列2、探测器“代”的划分问题3、HgCdTe和AlGaAs/GaAs的比较4、超晶格结构材料5、焦平面阵列关键技术6、应该大力发展成像传感器1、引言红外探测技术是信息获取的主要手段之一，红外系统的核心是红外探测器；单元、多元线列和小规模面阵器件技术已经成熟，已经由分立型器件发展为集成化的焦平面阵列；红外器件水平的提高和新一代器件的出现，就会使红外整机性能大幅提升甚至更新换代，所以有“一代器件、一代整机、一代装备”之说。2、从分立器件到焦平面阵列分立型红
2、外探测器，系指器件单独封装实现光电转换功能，每个探测器元单独输出信号，再与前放等信号处理电路相连，每个器件都形成一个单独的信号通道，其结构如图1所示。图1分立型器件信号输出与前放连接示意图红外焦平面阵列（IRFPA）系指大规模M×N（元）面阵型或4N或6N（元）型探测器芯片与信号处理电路芯片集成互连耦合后，共同封装在一个外壳中，在焦平面上实现光电转换和信号处理，将各元件的光电信号多路传输至一条或几条输出线，以行转移或帧转移的视频信号的形式输出，探测器结构大大简化，包括电源线、驱动电路和信号输出等全部引出线大约只须４０条。其结构[1]如图2所示。a.)In柱碰焊和环孔焦
3、平面阵列b)焦平面阵列的探测器和处理电路图2焦平面信号输出示意图与分立型器件相比，红外焦平面阵列的元数可以提高几个数量级，扩展到材料和工艺技术允许的规模。红外焦平面阵列从结构、制造、检测到性能都发生了质的变化，是新一代红外探测器。3、热探测器与非制冷焦平面阵列热型探测器接收红外辐射后，引起灵敏元温度变化而产生信号，对不同波长辐射能量的响应是相同的，即对波长无选择性，在室温工作；与光子型探测器相比，其灵敏度低、响应时间偏长。通常认为响应时间比较快的热电（pyroelectric）探测器，其响应时间也在毫秒量级，探测率为108量级,因此分立式热型探测器无法用于扫描成像，非
4、制冷面阵红外焦平面阵列只能凝视成像使用。热型探测器用于凝视成像用可以和电视兼容的每秒25帧成像为例,每帧时间为40ms,对于时间常数为毫秒级的热型探测器来说,凝视成像要求的时间常数已不成问题。非制冷红外焦平面阵列目前已达640×480元，应用最多的是160×120元、320×240元器件。其功能材料主要有：测辐射热计型的无定型硅（a-Si）、氧化钒(VOx)和热电型的锆钛酸铅（PZT）、钛酸锶钡（BST）、旦酸钪铅（PST）等。目前非制冷焦平面热像仪的NETD可达0.1℃,能满足一般工业需要和部分中低端军用需要。4、光子探测器及其焦平面阵列红外光子探测器一般由半导体材
5、料制成，针对应用最广的三个大气透过窗口，发展了1~3μm的短波红外(SWIR)、3~5μm的中波红外(MWIR)和8~14μm的长波红外(LWIR)的探测器。光子探测器灵敏度高，响应快，但大多在低温工作，需要制冷。常用分立式光子探测器如表1所示。表1对应三个大气透过窗口的常用分立式光子探测器光谱响应范围1~3μm3～5μm8～14μm光导型探测器PbS,PbSe,InSb,HgCdTeHgCdTe,Ge:Hg,Si:X光伏型探测器HgCdTe,InSb,HgCdTeHgCdTeInGaAs/GaAlAs表2对应三个大气透过窗口的常用焦平面阵列光谱响应范围1~3μm3～
6、5μm8～14μm焦平面阵列HgCdTe,InSb,HgCdTe,PtSiHgCdTe,AlGaAs/GaAsInGaAs/GaAlAs结构形式4N,凝视;4N,凝视;凝视;4N,凝视;凝视非制冷型a-Si，VOx，PE,凝视应当说明，表中InGaAs/GaAlAs是响应在0.9~1.7um的短波焦平面阵列，此波段一般目标自发辐射较弱，但有成熟的激光光源，主要用于主动探测，近年引起广泛关注。PtSi肖特基势垒型和AlGaAs/GaAs多量子阱其分立器件，与已成熟的InSb、HgCdTe相比，性能明显不足，基本不用作分立式器件使用，如PtSi的量子效率约为百分之一，Al
7、GaAs/GaAs的光谱响应带宽约为～1μm。但由于其外延方法生长的材料，可以面积大、均匀性好、便于制作集成器件，特别是便于与Si信号处理电路工艺兼容或互连耦合，用于焦平面阵列工作时，元数多、积分时间长、可生产性好，其性能潜力得到充分发挥，成为很有前景的焦平面阵列，可以说是集成化的焦平面技术使它们充分发挥出潜在的性能优势。如PtSi焦平面阵列，其光电转换和信号处理芯片可以制作在同一Si片上（单片集成），工艺兼容，目前已达512×512、1024×1024元阵列规模。5、三代红外探测器典型规模[2]目前，红外探测器通常被分为三代[1]。第一代以分立型为
