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1、第36卷第12期激光与红外Vol.36,No.122006年12月LASER&INFRAREDDecember,2006文章编号:100125078(2006)12201099204红外探测器发展述评袁继俊(华北光电技术研究所,北京100015)摘要:介绍了红外探测器从分立型器件到集成化焦平面阵列的发展和“三代”探测器状况,比较了HgCdTe和AlGaAs/GaAs的各自特点,提出了发展成像传感器的建议。关键词:红外探测器;焦平面阵列:发展评述中图分类号:TN215文献标识码:AReviewofInfr
2、aredDetectorDevelopmentYUANJi2jun(NorthChinaResearchInstitueofElectro2optics,Beijing100015,China)Abstract:Thedevelopofseparateddetectorintointergratedfocalplanearrayandstateof“threegenerations”detectorareintroduced.EachfeaturebetweenHgCdTeandAlGaAs/GaAsa
3、recompared.Aproposalofdevelopingimagesen2sorassemblyissuggested.Keywords:infrareddetector;focalplanearray;developingreview1引言理电路芯片集成互连耦合后,共同封装在一个外壳红外探测技术是信息获取的主要手段之一,红中,在焦平面上实现光电转换和信号处理,将各元件外系统的核心是红外探测器。由于应用的迫切需的光电信号多路传输至一条或几条输出线,以行转移求,红外探测器的发展非常迅速,20世纪后
4、半叶,单或帧转移的视频信号的形式输出,探测器结构大大简元、多元线列和小规模面阵器件技术已经成熟,广泛化,包括电源线、驱动电路和信号输出等全部引出线[1]应用于军、民各个领域;进入90年代以来,已经由分大约只需40条。其结构如图2和图3所示。立型器件发展为集成化的焦平面阵列,器件性能极大提高,促进了整机和应用技术的发展。实践证明,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。本文对红外探图1分立型器件信号输出与前放连接示意图测器的
5、发展进行了评述。与分立型器件相比,红外焦平面阵列的元数可2从分立器件到焦平面阵列以提高几个数量级,扩展到材料和工艺技术允许的分立型红外探测器,是指器件单独封装实现光规模。红外焦平面阵列从结构、制造、检测到性能都电转换功能,每个探测器元单独输出信号,再与前放发生了质的变化,是新一代红外探测器。等信号处理电路相连,每个器件都形成一个单独的通道,其结构如图1所示。作者简介:袁继俊(1936-),男,研究员,多年从事红外技术研红外焦平面阵列(IRFPA)是指大规模M×N究和科研管理工作,现为激光与红外杂志主编。
6、(元)面阵型或4N或6N(元)型探测器芯片与信号处收稿日期:2006208217©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net1100激光与红外第36卷1/2理论上信噪比可以提高(M×N),这就给原来性能较低、响应较慢的热探测器提供了可以做成凝视焦平面阵列用于成像在一般场合应用的可能。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
7、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)、氧化钒图2In柱碰焊和环孔焦平面阵列结构(VOx)和热电型的锆钛酸铅(PZT)、钛酸锶钡(BST)、钽酸钪铅(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料制成,光子直接激发光敏材料的束缚电子成导电电
8、子,满足一定能量的光子才能产生激发作用,因此光敏材料的禁带宽度或杂质能级决定了其响应波长,称响应对图3焦平面阵列的探测器和处理电路波长有选择性。针对应用最广的三个大气透过窗3热探测器与非制冷焦平面阵列口,发展了1～3μm的短波红外(SWIR)、3～5μm的热型探测器接收红外辐射后,辐射能引起灵敏中波红外(MWIR)和8～14μm的长波红外(LWIR)元温度变化而产生信号,对不同波长辐射能量的响探测器。光子探测器灵敏度高,响应快,但大多在低应
