中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器

中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器

的研究與進(jìn)展1中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024內(nèi)容

引言

紅外探測(cè)器的分類

紅外探測(cè)器的基本理論

中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器

紅外探測(cè)器的發(fā)展歷程與應(yīng)用2中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/20241.1紅外光電探測(cè)器

紅外光電探測(cè)器是將接收到的紅外輻射量轉(zhuǎn)換成電量(電流或電壓)。

AtmosphereWindows

1-3μm(SWIR):透射率大于80%，用于光纖通迅3-5μm(MWIR):透射率60-70%

8-14μm(LWIR):透射率80%引言3中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024電磁波譜圖引言4中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024國(guó)外研究現(xiàn)狀:紅外焦平面列陣(IRFPA):

美、法和英等發(fā)達(dá)國(guó)家，基于碲鎘汞材料的單色紅外焦平面器件的技術(shù)已經(jīng)成熟，以480×4元長(zhǎng)波和512×512元中波為代表的焦平面器件已基本取代了多元光導(dǎo)線列通用組件。

已實(shí)現(xiàn)向更大規(guī)模的凝視型焦平面列陣探測(cè)器、雙色探測(cè)器的發(fā)展，長(zhǎng)波器件達(dá)到640×480元，中、短波達(dá)到2048×2048元的規(guī)模。1.2紅外光電探測(cè)器的研究現(xiàn)狀引言5中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024非致冷紅外焦平面列陣

目前主要研制鐵電型和熱敏電阻型焦平面列陣，如以鐵電陶瓷制作的384×288元的熱釋電紅外探測(cè)器；氧化釩熱敏電阻制成的非致冷紅外焦平面已達(dá)到640×480元的規(guī)模。國(guó)外的研究現(xiàn)狀引言6中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024目前，大多數(shù)QWIPs是用GsAs/AlGaAs（中遠(yuǎn)紅外）和InGaAs/InAlAs（近紅外）制備的。

美國(guó)NASA/ARL研制的1024×1024元焦平面，NASA/JPL研制的640×512元四色焦平面，代表了當(dāng)前的最高研究水平。量子阱紅外焦平面列陣引言國(guó)外的研究現(xiàn)狀7中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024從器件規(guī)模上：已經(jīng)從紅外單元器件向大規(guī)模紅外焦平面陣列探測(cè)器發(fā)展；從波段上：短波1—3μm，中波3—5μm和長(zhǎng)波8—14μm都有器件的研制.從器件的工作溫度上：在研制低溫下工作的器件同時(shí)，發(fā)展在室溫下工作的非制冷焦平面器件。上海技術(shù)物理研究所對(duì)碲鎘汞和量子阱紅外焦平面探測(cè)器件等方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究。國(guó)內(nèi)目前的研究現(xiàn)狀引言8中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024目前主要研究方向目前紅外光電探測(cè)器主要集中在多色紅外焦平面列陣、量子阱紅外探測(cè)器、非制冷紅外焦平面探測(cè)器、THz級(jí)聯(lián)激光器和單光子遠(yuǎn)紅外探測(cè)器等新型器件的研究。引言9中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/20242.紅外光電探測(cè)器的分類光子探測(cè)器的原理及相應(yīng)的探測(cè)器分類效應(yīng)相應(yīng)的探測(cè)器外光電效應(yīng)（1）光陰發(fā)射光電子光電管（2）光電子倍增氣體繁流倍增打拿極倍增通道電子倍增充氣光電管光電倍增管像倍增管內(nèi)光電效應(yīng)（1）光電導(dǎo)效應(yīng)光導(dǎo)管或光敏電阻（2）光生伏特效應(yīng)PN結(jié)和PIN結(jié)（零偏）PN結(jié)和PIN結(jié)（反偏）雪崩肖特基勢(shì)壘p-n-p結(jié)和n-p-n結(jié)異質(zhì)結(jié)光電池光電二極管雪崩光電二極管肖特基勢(shì)壘光電二極管光電三極管（3）光電磁效應(yīng)光電磁探測(cè)器10中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024熱探測(cè)器的原理及相應(yīng)的探測(cè)器分類效應(yīng)相應(yīng)的探測(cè)器（1）測(cè)輻射熱計(jì)負(fù)電阻溫度系數(shù)正電阻溫度系數(shù)超導(dǎo)熱敏電阻測(cè)輻射熱計(jì)金屬測(cè)輻射熱計(jì)超導(dǎo)遠(yuǎn)紅外探測(cè)器（2）溫差電效應(yīng)熱電偶、熱電堆（3）熱釋電效應(yīng)熱釋電探測(cè)器（4）其它高萊盒，液晶等光熱效應(yīng)11中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024單元器件12中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024線列結(jié)構(gòu)13中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024焦平面14中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/20243.光電探測(cè)器的基本理論3.1光電探測(cè)器的工作原理3.2光電探測(cè)器的性能參數(shù)15中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/20243.1光電探測(cè)器的基本工作原理物理效應(yīng)光子效應(yīng)入射光子流與探測(cè)材料相互作用產(chǎn)生的光電效應(yīng)，探測(cè)器吸收到光子后，直接引起原子或分子內(nèi)部電子狀態(tài)的改變。光熱效應(yīng)利用輻射熱效應(yīng)。探測(cè)器吸收光輻射能量后，引起探測(cè)器元件溫度上升，從而使探測(cè)元件的電學(xué)性質(zhì)或其它物理性質(zhì)發(fā)生變化。光子效應(yīng)對(duì)光波頻率表現(xiàn)出選擇性，其響應(yīng)速度比較快，靈敏度高。熱效應(yīng)對(duì)光波頻率沒有選擇性，但光譜響應(yīng)范圍較寬且較平坦。16中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/20243.1.1外光電效應(yīng):光電發(fā)射效應(yīng)載止波長(zhǎng)：為光電子的初動(dòng)能,hv是入射光子的能量,為光電發(fā)射物體的功函數(shù)。當(dāng)光照射在物體表面上時(shí)，物體表面有電子（光電子）逸出的現(xiàn)象，稱為光電發(fā)射效應(yīng)。17中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024機(jī)理：半導(dǎo)體吸收有足夠能量入射的紅外光子，產(chǎn)生電子空穴對(duì)，使得半導(dǎo)體的電導(dǎo)率增加，對(duì)其加一個(gè)恒定的偏流，檢測(cè)電導(dǎo)率的變化。3.1.2內(nèi)光電效應(yīng):光電導(dǎo)效應(yīng)hvhv+u光電導(dǎo)：光電流：18中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024原理：入射光子產(chǎn)生電子空穴對(duì)，內(nèi)部電勢(shì)壘的內(nèi)建電場(chǎng)將把電子-空穴對(duì)分開，從而在勢(shì)壘兩側(cè)形成電荷堆積，形成光生伏特效應(yīng)。+結(jié)區(qū)pn++++----光無光照光照下iVu

0光生伏特i0短路光電流3.1.3內(nèi)光電效應(yīng):光生伏特效應(yīng)+-Ei19中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024光照零偏PN結(jié)產(chǎn)生開路電壓的效應(yīng)，稱為光伏效應(yīng)。這就是光電池的工作原理。光照反偏條件下工作時(shí)，觀測(cè)到的光電信號(hào)是光電流，而不是光電壓，這便是結(jié)型光電探測(cè)器的工作原理。反偏的PN結(jié)通常稱為光電二極管。光伏探測(cè)器在理論上能達(dá)到的最大探測(cè)率比光電導(dǎo)探測(cè)器大40％，而且能零偏置工作，是高阻抗器件，即使加反向偏置，偏置功耗很低。與同樣為高阻抗的CMOS讀出電路很容易匹配。

20中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024利用輻射熱效應(yīng)而引起電阻變化的熱探測(cè)器應(yīng)稱之為測(cè)輻射熱計(jì)（Bolometer），俗稱熱敏電阻。

3.1.5光熱效應(yīng):輻射熱效應(yīng)21中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024

原理:當(dāng)兩種不同的配偶材料，兩端并聯(lián)熔接時(shí)，當(dāng)光照熔接端（稱為電偶接頭）時(shí)，吸收光能使電偶接頭溫度升高，電表就有相應(yīng)的電流讀數(shù)，電流的數(shù)值就間接反映了光照能量的大小。3.1.6光熱效應(yīng):溫差電效應(yīng)22中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024

熱釋電效應(yīng)是通過熱電材料實(shí)現(xiàn)的。熱電材料是結(jié)晶對(duì)稱性很差的晶體，該類材料在溫度發(fā)生變化時(shí)，其內(nèi)部自發(fā)極化強(qiáng)度發(fā)生改變，會(huì)在材料表面呈現(xiàn)出相應(yīng)于溫度變化的面電荷變化。 它是響應(yīng)與材料的溫度變化率，所以比其它熱效應(yīng)的響應(yīng)速度要快得多，已獲得日益廣泛的應(yīng)用。工作時(shí)不用冷卻，也不用加偏壓，使用方便，光譜響應(yīng)范圍很寬，已廣泛用于輻射測(cè)量。3.1.7光熱效應(yīng):熱釋電效應(yīng)23中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/20243.2光電探測(cè)器的性能參數(shù)量子效率η靈敏度R/響應(yīng)時(shí)間噪聲等效功率NEP歸一化探測(cè)度D*24中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/20243.2.1量子效率η在半導(dǎo)體內(nèi)部，入射光生成的電子-空穴對(duì)與入射的光子數(shù)量之比。定義式：式中P0是入射到探測(cè)器表面的光功率，Iph是產(chǎn)生的光電流，hv是入射光子能量。25中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024 光譜響應(yīng)度是光電探測(cè)器光電轉(zhuǎn)換特性的量度，定義為輸出信號(hào)的光電流或電壓與入射的輻射光功率。

Ri=Iph/Po

[AW-1]電流響應(yīng)度Ru=Vd/Po[VW-1]電壓響應(yīng)度Iph和Vd分別指輸出信號(hào)的光電流和電壓，Po入射光功率

Ri=he/hn=hel/hc3.2.2光譜響應(yīng)度和響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間：（上升時(shí)間和下降時(shí)間）當(dāng)探測(cè)器的輸入光信號(hào)為方波時(shí)，輸出信號(hào)的電流從最大值的90%減小到10%所需的時(shí)間稱為下降時(shí)間τd，以及從最大值的10%上升到90%所需的時(shí)間稱為上升時(shí)間τr。26中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/20243.2.3噪聲等效功率NEP（1）實(shí)際上，當(dāng)P0=0時(shí)，光電探測(cè)器的輸出電流并不為0，這時(shí)的電流就稱為暗電流in。（2）NEP用來表征探測(cè)器探測(cè)能力，定義為相應(yīng)于單位信噪比的入射光功率：

[W]Vn是指器件輸出暗噪聲電壓的有效值，Ru為電壓響應(yīng)度。（3）NEP越n小，探測(cè)器探測(cè)微弱信號(hào)的能力越強(qiáng)。

27中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024D*與NEP直接相關(guān)。 [cmHz1/2W-1]式中Aopt為器件受光面積,BW為(噪聲)帶寬。D*越大的探測(cè)器其探測(cè)能力一定好。3.2.4歸一化探測(cè)度D*28中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/20244紅外焦平面探測(cè)器（IRFPA）原理：焦平面上排列著感光元件陣列，入射光線經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)成像在系統(tǒng)焦平面的這些感光元件上，探測(cè)器將接受到光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并通過信號(hào)讀出電路(包括積分放大、采樣保持和多路傳輸系統(tǒng))輸出形成圖像。29中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024IRFPA與單元器件或線列器件相比的優(yōu)點(diǎn)集成光電轉(zhuǎn)換和信號(hào)讀出處理于一體；由于具有對(duì)信號(hào)積分累加，因而提高系統(tǒng)的靈敏度和分辨率；簡(jiǎn)化信號(hào)處理電路，降低對(duì)制冷系統(tǒng)的要求，減小系統(tǒng)體積，降低功耗和成本。30中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024IRFPA的分類結(jié)構(gòu)：

單片式

混合式光學(xué)系統(tǒng)的掃描方式：

掃描型:采用時(shí)間延遲積分技術(shù)，采用串行方式讀取電信號(hào)

凝視型:無需延遲積分，速度快，采用并行方式讀取電信號(hào)。讀出電路

電荷耦合器件（CCD）

金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）

電荷注入（CAM）制冷方式：

制冷型D*~1011cmHz1/2W-1

，響應(yīng)時(shí)間us

非制冷型D*~109cmHz1/2W-1

，響應(yīng)時(shí)間ms31中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024銦柱將陣列上的每一個(gè)紅外探測(cè)器與多路傳輸器一對(duì)一地準(zhǔn)確地配接起來，從而使紅外探測(cè)器陣列能夠和單片式結(jié)構(gòu)相似地將所采集的圖像信號(hào)通過多路傳輸器輸送出去，完成全部的功能。32中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024第二代光伏型HgCdTe焦平面探測(cè)器的兩種掃描方式：（a）掃描型和（b）凝視型(a)(b)33中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024幾種材料的紅外凝視焦平面陣列元數(shù)的增長(zhǎng)，及2010年前的變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)。34中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024幾種工作在中遠(yuǎn)紅外探測(cè)的材料MaterialNameSymbolEg(eV)

c(

m)OperatingTemp.(K)Mer-Cad-TelHgCdTe可調(diào)0.7–2550-250IndiumAntimonideInSb0.1896.5580ArsenicdopedSiliconSi:As0.0524.81035中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/202436中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024Hg1-xCdxTe（MCT）IRFPA帶隙在0.7-25um內(nèi)可調(diào)直接帶隙，吸收系數(shù)高；熱膨脹系數(shù)與Si膨脹系數(shù)相近，而且極易鈍化；用于紅外各波段的MCT材料具有接近相同的晶格常數(shù)。MCT材料的特性能隙37中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024HgTe與CdTe之間的晶格失配小，約為0.3%CdZnTe是與HgCdTe晶格匹配的優(yōu)質(zhì)襯底。Cd0.96Zn0.04Te38中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024HgCdTe可以按任何比例混合，構(gòu)成一種禁帶寬度連續(xù)變化的材料，而且工作溫度較高，是目前性能最好、使用最廣泛也最有發(fā)展?jié)摿Φ陌雽?dǎo)體紅外光電探測(cè)器材料。39中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024HgCdTe器件結(jié)構(gòu)通過銦丘互連的背照式混成HgCdTe焦平面列陣的結(jié)構(gòu)圖40中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/202441中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024TheevolutionofthreegenerationsofHgCdTeIRFPA42中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024HgCdTePhotoconduction(PC)HgCdTe長(zhǎng)波HgCdTe光導(dǎo)型探測(cè)器的特性參數(shù)：?50-100Ω/cm2?105V/Wat1mAbiasfora50×50μmdevice.?D*about80%ofbackgroundlimit.?PhotonnoiselevelofafewnV/Hz.43中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024HgCdTePhotovoltaic(PV)HgCdTePV探測(cè)器的臺(tái)面刻蝕剖面圖。在透明的CdZnTe襯底上生長(zhǎng)n-typeHgCdTe，然后再摻雜p+-layer.表面鈍化是為了保護(hù)防止表面電荷積累和漏電流．紅外光從背面照射進(jìn)去44中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024ThethirdgenerationHgCdTedevices雙波段焦平面列陣的每個(gè)單元由兩個(gè)駐并在同一處的探測(cè)器組成，截止波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光電二極管是通過外延方法生長(zhǎng)在截止波長(zhǎng)較短的光電二極管的頂部的，中間用p-tpye隔開。每個(gè)探測(cè)器敏感一個(gè)不同的譜段，在背面照射的雙波段探測(cè)器，截止波長(zhǎng)較短的那個(gè)光電二極管就相當(dāng)于截止波長(zhǎng)較長(zhǎng)的那個(gè)光電二極管的一個(gè)長(zhǎng)波通濾光片。45中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024HgCdTetwo-colourdetector波長(zhǎng)與相對(duì)響應(yīng)度的曲線圖46中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024HgCdTe紅外焦平面面臨的問題HgCdTe晶體存在嚴(yán)重的缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)完整性差和合金組分不均勻。為克服上述缺點(diǎn)，目前應(yīng)用液相外延（LPE）和分子束外延（MBE）方法制備HgCdTe薄膜材料；用于外延生長(zhǎng)的襯底材料有CdZnTe、Si、GaAs。在低溫（＜50K），HgCdTe材料存在p型摻雜、肖克萊-里德復(fù)合、陷阱隧道效應(yīng)以及表面和界面的不穩(wěn)定的問題47中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024（1）大面積列陣、小型化、降低價(jià)格；（2）雙色及多色紅外焦平面列陣的發(fā)展；（3）高性能的非致冷紅外焦平面列陣的發(fā)展；（4）紅外焦平面技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)能將紅外成像傳感器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信息處理器相結(jié)合，具有類似動(dòng)物眼睛作用的新功能。HgCdTe紅外焦平面列陣的主要發(fā)展方向48中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024QuantumWellInfraredPhotodetectors（QWIPs）基本原理：

QWIPs是利用摻雜量子阱的導(dǎo)帶中形成的子帶間躍遷,將從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)的電子通過電場(chǎng)作用形成光電流的物理過程，實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外輻射的探測(cè)。

短波紅外:以在InP襯底上生長(zhǎng)的InGaAs/InAlAsQWIP為代表中、長(zhǎng)波紅外:以GaAs/AlGaAsQWIP為代表，這是目前研究得最多的。49中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024GaAs/AlGaAsQWIPs1.4242.13利用MBE交替生長(zhǎng)作為勢(shì)阱層的GaAs和勢(shì)壘層的AlGaAs通過調(diào)節(jié)AlxGa1-xAs中Al的組分含量改變量子阱寬度和勢(shì)壘高度可獲得3-20um的響應(yīng)。50中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024量子阱結(jié)構(gòu)中束縛態(tài)上的電子吸收紅外光向高能態(tài)躍遷，并在電場(chǎng)的作用下輸運(yùn)形成光電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外光的探測(cè)。GaAs/AlGaAsQWIPs51中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024量子阱的導(dǎo)帶中電子激發(fā)躍遷，以及光電流輸運(yùn)過程的示意圖。由N型注入?yún)^(qū)、多量子阱吸收區(qū)和N型收集區(qū)組成N+GaAs注入?yún)^(qū)N+GaAs收集區(qū)52中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/20241.從束縛態(tài)到束縛態(tài)暗電流較大，后來Choi等人對(duì)此結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，適當(dāng)?shù)卦黾觿?shì)壘的厚度和高度，導(dǎo)致引起暗電流的基態(tài)電子隧穿數(shù)目減少，從而也提高了探測(cè)率。53中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024沒有隧穿過程，使有效地收集光電子所需的偏置電壓大大降低，暗電流也大幅度減小。第三種是第一激發(fā)態(tài)為準(zhǔn)束縛態(tài)(量子阱頂部)，這種結(jié)構(gòu)也具有較高的特性。2.從束縛態(tài)到連續(xù)態(tài)54中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024QWIP結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要方面交替生長(zhǎng)作為勢(shì)阱層和勢(shì)壘層；入射光束在量子阱區(qū)的路徑就盡量平行于量子阱的生長(zhǎng)面；只有當(dāng)電子吸收光子能量后躍遷到高能態(tài)或直接躍遷出量子阱，才能被探測(cè)到；通過改變層材料的特性可以改變阱深和阱寬。55中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024NASA/ARL聯(lián)合研制出了當(dāng)前世界上最大規(guī)模的單色量子阱焦平面器件：1024×1024，陣列中心距18μm，峰值波長(zhǎng)8.8μm，截止波長(zhǎng)9.2μm，75K溫度下達(dá)到背景限性能。56中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024光耦合方式波紋耦合方式：利用AlGaAs和空氣之間能夠發(fā)生全反射的原理，使入射光束在量子阱區(qū)的路徑幾乎平行于量子阱的生長(zhǎng)面。提高器件的量子效率近一半的量子阱被化學(xué)刻蝕，降低器件的暗電流適合于更小的光敏元面積57中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024640×512四色焦平面器件。響應(yīng)波段為4～5.5μm，8.5～10μm，10～12μm，13～15.5μm，由4個(gè)128器件構(gòu)成.58中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024HgCdTeIRFPA:本征光吸收過程，光生載流子壽命比QWIPs的子帶間躍遷激發(fā)要高約三個(gè)數(shù)量級(jí)，因而量子效應(yīng)高；吸收系數(shù)高；能適應(yīng)于更高的工作溫度。QWIPs:材料穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)、均勻性好；具有高阻抗，更快的響應(yīng)時(shí)間，較長(zhǎng)的積分時(shí)間和低功耗；中長(zhǎng)波QWIPsVs.HgCdTeIRFPA59中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024DisadvantagesofQWIPS量子效應(yīng)較低:子帶間的躍遷器件工作溫度低:暗電流和噪聲大60中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024Solution光導(dǎo)器件結(jié)構(gòu)改為光伏器件結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)無偏置電壓工作，減小暗電流。撇出功能的實(shí)現(xiàn)，通過降低采集信號(hào)的暗電流和背景光電流，增加積分時(shí)間，同時(shí)降低噪聲。61中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024法國(guó)的Sofradir通過在探測(cè)器部分對(duì)每一元同時(shí)制作兩個(gè)QWIP器件，一個(gè)作為參考QWIP器件，實(shí)現(xiàn)撇出功能，器件工作溫度大大提高。85K溫度下即獲得了65K溫度下的器件性能，噪聲等效溫差（NETD）10mK。撇出功能的實(shí)現(xiàn)62中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024（1）量子阱紅外焦平面器件的大面積化及性能的進(jìn)一步提高。（2）高溫化，降低成本、功耗及系統(tǒng)體積。（4）雙色及多色焦平面。（5）甚長(zhǎng)波紅外探測(cè)器及其它低維結(jié)構(gòu)（量子點(diǎn)或量子線）的量子器件。量子阱紅外探測(cè)器的發(fā)展方向63中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024紅外探測(cè)器的發(fā)展歷程64中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024最早的紅外探測(cè)器：1800年W.Herschel發(fā)現(xiàn)紅外輻射時(shí)使用的是水銀溫度計(jì)，這是最原始的熱敏型紅外探測(cè)器。1830年，L.Nobili利用塞貝克發(fā)現(xiàn)的溫差電效應(yīng)制成了“溫差電型輻射探測(cè)器”。隨后S.P.Langley發(fā)明了測(cè)輻射熱計(jì)。1917年，Gase研制了亞硫酸鉈探測(cè)器，首次利用了紅外的光電導(dǎo)效應(yīng)。65中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/202420世紀(jì)40年代以前：研制成的紅外探測(cè)器主要是熱敏型探測(cè)器。20世紀(jì)40年代：光導(dǎo)型紅外探測(cè)器， 主要為PbS，PbSe及PbTe探測(cè)器20世紀(jì)50年代： 用InSb,InAs及Ge:Hg材料。分別應(yīng)用于波長(zhǎng)1—3μm，3—5μm，8—14μm3個(gè)“大氣透明窗口”的紅外探測(cè)。66中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024

60年代初，由于激光器的發(fā)明和光刻技術(shù)的應(yīng)用，產(chǎn)生了第一個(gè)非本征鍺摻汞長(zhǎng)波線列（14—30μm），并應(yīng)用于紅外前視系統(tǒng)。60年代末和70年代初，發(fā)展了第一代HgCdTe光導(dǎo)探測(cè)器。1970年發(fā)明了電荷耦合器件CCD

，使得帶讀出電路的第二代紅外焦平面陣列的設(shè)想成為現(xiàn)實(shí)。67中遠(yuǎn)紅外焦平面探測(cè)器5/8/2024直至80年代，光子探測(cè)器如PbS、PbTe、PtSi和光伏HgCdTe器件均可制成大陣列，并已商品化。90年代后，第三代紅外探測(cè)器主要研究雙色或多色高性能、高分辨率、制冷型熱像儀和智能焦平面陣列探測(cè)器以及高性能低成本的非