中远红外焦平面探测器解答.ppt

中远红外焦平面探测器的研究与进展;内容;1.1 红外光电探测器;电磁波谱图;国外研究现状: 红外焦平面列阵(IRFPA) : 美、法和英等发达国家，基于碲镉汞材料的单色红外焦平面器件的技术已经成熟，以480×4元长波和512×512元中波为代表的焦平面器件已基本取代了多元光导线列通用组件。 已实现向更大规模的凝视型焦平面列阵探测器、双色探测器的发展，长波器件达到640×480元，中、短波达到2048×2048元的规模。;非致冷红外焦平面列阵 目前主要研制铁电型和热敏电阻型焦平面列阵，如以铁电陶瓷制作的384×288元的热释电红外探测器；氧化钒热敏电阻制成的非致冷红外焦平面已达到640×480元的规模。; 目前，大多数QWIPs是用GsAs/AlGaAs（中远红外）和InGaAs/InAlAs（近红外）制备的。 　　美国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??前的最高研究水平。;从器件规模上：已经从红外单元器件向大规模红外焦平面阵列探测器发展； 从波段上： 短波1—3μm，中波3—5μm和长波8—14μm都有器件的研制. 从器件的工作温度上：在研制低温下工作的器件同时，发展在室温下工作的非制冷焦平面器件。 上海技术物理研究所对碲镉汞和量子阱红外焦平面探测器件等方面进行了系统研究。;目前主要研究方向;2. 红外光电探测器的分类;;单元器件;线列结构;焦平面;3. 光电探测器的基本理论;3.1 光电探测器的基本工作原理;3.1.1 外光电效应: 光电发射效应; 机理：半导体吸收有足够能量入射的红外光子，产生电子空穴对，使得半导体的电导率增加，对其加一个恒定的偏流，检测电导率的变化。; 原理：入射光子产生电子空穴对，内部电势垒的内建电场将把电子-空穴对分开，从而在势垒两侧形成电荷堆积，形成光生伏特效应。; 光照零偏PN结产生开路电压的效应，称为光伏效应。这就是光电池的工作原理。 光照反偏条件下工作时，观测到的光电信号是光电流，而不是光电压，这便是结型光电探测器的工作原理。反偏的PN结通常称为光电二极管。 光伏探测器在理论上能达到的最大探测率比光电导探测器大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。与同样为高阻抗的CMOS读出电路很容易匹配。 ;利用辐射热效应而引起电阻变化的热探测器应称之为测辐射热计（Bolometer），俗称热敏电阻。 ; 原理:当两种不同的配偶材料，两端并联熔接时，当光照熔接端（称为电偶接头）时，吸收光能使电偶接头温度升高，电表就有相应的电流读数，电流的数值就间接反映了光照能量的大小。; 热释电效应是通过热电材料实现的。热电材料是结晶对称性很差的晶体，该类材料在温度发生变化时，其内部自发极化强度发生改变，会在材料表面呈现出相应于温度变化的面电荷变化。 它是响应与材料的温度变化率，所以比其它热效应的响应速度要快得多，已获得日益广泛的应用。 工作时不用冷却，也不用加偏压，使用方便，光谱响应范围很宽，已广泛用于辐射测量。;3.2 光电探测器的性能参数;3.2.1 量子效率η; 光谱响应度是光电探测器光电转换特性的量度，定义为输出信号的光电流或电压与入射的辐射光功率。 Ri = Iph/Po [A W-1] 电流响应度 Ru = Vd/Po [V W-1] 电压响应度 Iph和Vd 分别指输出信号的光电流和电压，Po入射光功率 Ri = he/hn = hel/hc;3.2.3 噪声等效功率NEP;D*与NEP直接相关。 [cmHz1/2W-1] 式中Aopt为器件受光面积,BW为(噪声)带宽。 D*越大的探测器其探测能力一定好。 ;4 红外焦平面探测器（IRFPA）;IRFPA与单元器件或线列器件相比的优点;IRFPA的分类;铟柱将阵列上的每一个红外探测器与多路传输器一对一地准确地配接起来，从而使红外探测器阵列能够和单片式结构相似地将所采集的图像信号通过多路传输器输送出去，完成全部的功能。 ;第二代光伏型HgCdTe焦平面探测器的两种扫描方式： （a）扫描型 和（b）凝视型;几种材料的红外凝视焦平面阵列元数的增长，及2010年前的变化趋势预测。;几种工作在中远红外探测的材料;;Hg1-xCdxTe（MCT）IRFPA;HgTe与CdTe之间的晶格失配小，约为0.3% CdZnTe是与HgCdTe晶格匹配的优质衬底。;HgCdTe可以按任何比例混合，构成一种禁带宽度连续变化的材料，而且工作温度较高，是目前性能最好、使用最广泛也