红外探测器技术发展.pptVIP

红外探测器技术发展 袁 继 俊 （华北光电技术研究所，北京100015） 主要讨论的几个问题 1、红外探测器从分立型器件到焦平面阵列 2、探测器“代”的划分问题 3、HgCdTe和 AlGaAs/GaAs的比较 4、超晶格结构材料 5、焦平面阵列关键技术 6、应该大力发展成像传感器 1、引言  红外探测技术是信息获取的主要手段之一，红外系统的核心是红外探测器； 单元、多元线列和小规模面阵器件技术已经成熟， 已经由分立型器件发展为集成化的焦平面阵列； 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。 2、从分立器件到焦平面阵列 分立型红外探测器，系指器件单独封装实现光电转换功能，每个探测器元单独输出信号，再与前放等信号处理电路相连，每个器件都形成一个单独的信号通道，其结构如图1所示。 图1 分立型器件信号输出与前放连接示意图 3、热探测器与非制冷焦平面阵列 热型探测器接收红外辐射后，引起灵敏元温度变化而产生信号，对不同波长辐射能量的响应是相同的，即对波长无选择性，在室温工作；与光子型探测器相比，其灵敏度低、响应时间偏长。通常认为响应时间比较快的热电（pyroelectric）探测器，其响应时间也在毫秒量级，探测率为108量级,因此分立式热型探测器无法用于扫描成像，非制冷面阵红外焦平面阵列只能凝视成像使用。 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， 针对应用最广的三个大气透过窗口，发展了1~3μm的短波红外(SWIR)、3~5μm的中波红外(MWIR)和8~14μm的长波红外(LWIR)的探测器。光子探测器灵敏度高，响应快，但大多在低温工作，需要制冷。常用分立式光子探测器如表1所示。 5、三代红外探测器典型规模[2] 目前，红外探测器通常被分为三代[1]。第一代以分立型为主，元数在103元以下，有线列和小面阵结构，其代表产品有：美国的60元、120元、180元光导HgCdTe器件；法国5×11元光伏HgCdTe器件；英国4条（或8条）扫积型HgCdTe器件等 6、长波多量子阱AlGaAs/GaAs与HgCdTe焦平面阵列性能的比较 1991年已经出现了AlGaAs/GaAs 多量子阱（MQW）材料制成的128×128元混合式IRFPA。有其特色，由噪声特性测量结果看出，1/f噪声很低，适宜制成凝视IRFPA。 这种器件的均匀性好，动态范围大，可达80dB以上。 7、超晶格结构与能带工程（人工剪裁带隙) 超晶格（superlattier)由两种不同的半导体超薄层材料交替排列而成。ABAB…. 例如GaInSb/InAs超晶格材料可用于8～12um器件。 超晶格分类 1、组分超晶格：如 InAs/GaInSb 2、掺杂超晶格：n-Si 与p-Si 另外，根据两层材料内能带的相互位置，超晶格又分为I、II、III类。 I 类 A带隙完全落在B带隙内; II类 A,B材料的带隙相互错开; III类 其中一种是零带隙,其导带边位于另一材料的价带边之下. 此外还有应变层超晶格。 超晶格材料的出现，揭开了研制人工探测材料的序幕。 8、红外FPA关键技术: 1、功能材料生长技术。 高纯元素材料（７个９、９个９） 大直径衬底材料及过渡层生长 大面积、高均匀、低缺陷密度外延簿膜（36x38cm2），外延材料 生长主要有 LPE MBE MOCVD 2、高密度、大面阵IRFPA制备技术 元件面积20x28um、间距20um、104～106元 In柱生长和倒装焊（回熔焊） 钝化隔离和组装　 红外FPA关键技术: 3、信号处理(Si)电路设计、制备 元件密度大、尺寸小、功能强 低温（77K）工作、高性能 4、红外器件的均匀性、一致性(均匀性校 正） 5、微杜瓦长期（10年以上）真空保持 6、现代设计制造技术 9、由组件到成像传感器 适应各种红外成像整机系统的共同需要,可以把红外成像头，单独制作成通用的、标准化的、模块化的、可以MEMS加工组装的热成像头，称为成像传感器，或热成像组件。实际上，这不只是推广应用的需求，也是技术发展的必然趋势。红外成像传感器包括红外焦平面阵列器件、光学系统、扫描器（凝视