红外探测器部分

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1、红外探测器红外探测器是红外系统的心脏。以下需求，使红外探测器性能和可靠性得到提高，并在工程方面获得更全面应用：需要性能很好的地面和星载探测器，用于红外天文学；需要性能良好的非致冷探测器，用作地球卫星和星际深测飞船上的辐射计；需要价格低廉且可靠的探测器，满足对防盗警报器和工业仪表大量生产的需求；现代光电武器的迫切需求。第三种需要导致某些探测器的大量生产，使（8～13微米）热辐射的利用达到前所未有的规模。非致冷的热探测器，不仅仅是低温光子探测器的低性能廉价替代探测器，而其特有的综合性能，正在使这种探测器能担当其他

2、探视器胜任不了的任务。1红外探测器发展简史1800年，赫谢耳利用一支液体玻璃温度计发现了红外线的存在，一般把这支玻璃温度计看作第一个红外探测器。1821年，塞贝克发现了热电效应不久之后，第一个热电偶诞生了。1829年，诺比利构建了第一个由多个热电偶串联而成的热电1堆。1833年，麦西多尼奥-美伦尼改进了热电堆的设计，其灵敏度比当时最好的温度计高40倍。1881年，兰利制作的测辐射热计比那个时代的热电偶更灵敏，其灵敏度比热电堆高30倍。1873年，史密斯在用硒作为海底电缆绝缘体所进行的实验时发现了光电导效应

3、，这个发现开创了一个更为广泛的研究领域。1904年，布斯发表了关于由硫化物（硫化铅）产生红外光生伏特效应方面的研究。1917年，克斯研制出了第一个高响应度的红外光电导体。1930年起，光子探测器逐渐成为红外技术发展的主体。1933年，柏林大学的库特斯切发现了硫化铅具有光电导性，其响应大约到3μm。硫化铅是第一个在战场中得到多种应用的实用红外探测器。1941年，卡切曼改进了硫化砣探测器技术，给出了成功的产品。1943年左右，德国开始了硫化铅光电导探测器的制造阶段。1944年，美国西北大学，首次研制成功硫化

4、铅光电导探测器。1945年，英国管理研究实验室，研制成功硫化铅光电导探测器。第二次世界大战期间，现代红外探测器技术开始起源。在二十世纪五十年代，红外探测器是用单元致冷铅盐探测器2制成的，主要应用于防空导弹寻的器。在二十世纪五十年代早期晶体管发明以后，第一个非本征光导探测器就已出现，由于控制掺杂技术最先应用于锗，所以第一个高性能非本征探测器是基于锗的。与此同时，窄禁带半导体也在快速的发展，这些材料后来证明在扩展工作波长以及改善灵敏度方面很有用。第一种这样的材料是锑化铟（InSb），该材料是新发现的Ⅲ－Ⅴ化合物

5、半导体家族的一员。人们对锑化铟的兴趣，并不仅仅在于它的窄禁带，也在于它可以用传统技术来制备单晶的事实。二十世纪五十年代后期，开始出现了Ⅲ－Ⅴ、Ⅳ－Ⅵ以及Ⅱ－Ⅵ族半导体合金材料体系。这些合金可以满足半导体禁带的要求，因此也就可以满足特别定制的用于特殊任务的探测器的光谱响应要求。1959年，劳森（Lawson）与其同事的研究带动了可变带隙合金Hg1－xCdxTe（HgCdTe）的发展，提供了红外探测器设计的空前自由度。现在HgCdTe探测器处于全球具有数十亿美元营业额的主要工业中心。HgCdTe是研究最透彻的半导体材

6、料之一，仅次于Si（硅）与GaAs（镓化钾）。随着光刻技术在二十世纪六十年代的实用化，人们便用这种方法来制作红外探测器阵列。线阵列技术最先应用于PbS（硫化铅）、PbSe（硒化铅）以及InSb（锑化铟）探测器。在六十年代末七十年代初，第一代线阵列本征HgCdTe光导探测器出现了。这些使得LWIR-FLIR系统可以只用一级制3冷引擎工作，这使系统更加紧凑、轻便而且消耗相当小的能量。1967年，第一篇关于非本征硅探测器的研究论文由索瑞夫发表。经过十年左右的沉默之后，当Boyle与Smith发明了电荷耦合器件（CCD

7、）以后，非本征硅又被人们唤起。在1973年，Shepherd与Yang提出了金属-硅/硅肖特基势垒探测器。这是第一次使更加复杂的读出方案成为可能，探测单元与读出单元可以同时在一块共用芯片上实现。这种第二代系统至少比第一代系统在焦平面上具有多于两个数量级的探测器单元，而且探测器单元的结构是二维阵列的而不是一维线形结构，这些凝视阵列是用集成在阵列上的电子系统完成扫描的。20世纪80年代,英国人提出了一个新奇的发明——SPRITE探测器，该探测器将信号时间延迟与积分（TDI）组合在单一的、细长的探测器单元上，从而拓宽了传

8、统的光导HgCdTe探测器技术。这种探测器取代了传统串扫探测器的一整行离散的单元，而且外部与放大器和时间延迟电路相连。尽管这种探测器仅仅用在大约10个单元的小阵列中，但这种器件已经生产了数以千计。在二十世纪七十年代末以及整个八十年代，因为人们对低功耗、高阻抗、大阵列并能与读出电路的输入级相连的器件的迫切需要，HgCdTe技术的重点几乎完全集中