2016光电探测技术第四章2.pdfVIP

第四章 红外探测技术 31 红外器件基础 2 红外探测敏感材料及制备技术 33 红外焦平面探测器件 4 制冷型红外焦平面阵列器件 35 非制冷型红外焦平面阵列器件 第二节 红外探测敏感材料及制备技术 2.1 红外光子探测敏感材料 2.2 红外热探测敏感材料 红外探测材料及器件技术的发展历程 u1800 年英 国天文学家威廉 ·赫胥 尔发现红外线，随后 出现 了热电偶、热电堆、测热辐射计等热电、热探 测器。 u 1917 年美国人Case 研制 出第一支硫化铊 光电导红外探 测器。 u20世纪30 年代末，德 国人研制 出硫化铅 （PbS）光电导 型红外探 测器。 u二次世界大战加速半导体技术与红外技术的发展，先后 出现PbTe 、InSb 、HgCdTe 、Si 掺杂、PtSi 等探 测器。 红外探测器新纪元碲镉 汞 1959 年英 国Lawson 发明碲镉 汞红外探 测器，开启新纪元。 2 l T S 碲镉汞禁带宽度随材料组分连续可调 非制冷红外探测器 氧化钒 、非晶硅 由响应度的定义 响应度正比于薄膜 的电阻温度 系数 α， 反比于器件的热导G A. 支撑结构具有 良好 的热绝缘(低 的热传导) B. 敏 感元热容必须低得足以满足 用秒表示 的响应时间要求，在像元面积受限下仅可调 厚度，绝多数材料，敏 感层 的厚度小于1微 米-单片式薄膜化。 红外传感器的分类 热电效应 光子效应 热探测器 光子探测器 制冷？ 非制冷？ 单元？ 焦平面？ 光子探测器技术特点 光子探 测器：被吸收的光子直接产生电子和空穴。性能好 ，但 成本极 高，要求液氦温度工作--制冷。 需禁带宽度小于0.26eV 的半导体 波长14 μm 光子能量0.089eV 波长8 μm 光子能量0.156eV 波长5 μm 光子能量0.249eV 室温下，热噪声大 ！需制冷低 温下工作。 热探测器技术特点 热探 测器：吸收的光子使温度发 生变化，再经测量探 测器 材料的温度依赖特性对 目标进行直接探 测-- 非制冷。 热辐射引起 的像元温升： 目标温度Tt 变化引起 的探测器温度 T 变化的计算可由该式表示： －7 2 典型参数:G 1×10 W/K，AD ＝50 ×50μm , ε0.8, Fno 1.0， dL/dTt -5 2 6 ×10 W/(cm .sr.K), 8-14 μm，Tt 300k时 当目标温度变化 dTt ＝1K 时，探 测器上温度变化dT 10mK 。 像元需具有 良好 的绝热性能！