红外探测器课件

1、红外探测工艺和应推荐设备的培训2第一章 红外探测器发展3 红外材料和器件的发展决定了红外技术的发展水平。实现高性能和低成本的红外探测器技术，既是红外技术自身发展的必然，也是一个国家现代化军事和国民经济发展的需求1.1研究红外的重要性51.3红外材料及器件历史 红外材料与器件的发展相辅相成，每一种新材料的出现都极大的推动器件的发展，与此同时，材料品质的好坏也制约着器件的最佳性能。美、英、法等西方国家一直高度重视红外材料和探测器的发展，投入了大量的人力财力进行研究，并引领红外技术的发展。红外材料与器件的历史就是一部不断寻找、开发新材料、新器件技术的历史。6 1800年，郝谢尔（F.W.Hersch

2、el）使用水银温度计在太阳光谱中发现了红外辐射的存在，这种水银温度计便是最原始的热敏型红外探测器。随后出现了热电偶、热电堆、测热辐射计。第二次世界大战使人吗认识到了红外技术在军事上的巨大潜力，开始重新重视发展红外技术，积极寻找新的材料和制作方法。先后涌现出硫化铅、硒化铅、锑化铟、碲镉汞、参杂硅、铂硅等红外体材料及对应的探测器1.3红外材料及器件历史7 随着红外探测器的发展及性能的提高，先后出现了，第一代、第二代和第三代红外探测器。与此对应，有第一代、第二代和第三代红外系统。 第一代像素规模小于100，对目标成像需要机械扫描。第二代红外探测器的像素元规模为10万左右，如320X256或384X2

3、88规格。第三代的规模达到1024X1024以上，另外，能够进行双色或多波段探测，在高温或非制冷条件下工作。1.3红外材料及器件历史8 随着半导体薄膜技术的发展，红外探测器材料获得了长足的发展。采用分子束外延（MBE）、有机化学气相沉积（MOCVD）等薄膜材料生长技术，实现了在不同衬底上外延生长大面积、均匀性好的高质量红外薄膜材料，客服红外体材料大面积生长困难、均匀性差等技术问题，使大面阵焦平面探测器技术成为可能，推动了第三代红外探测器的发展1.3红外材料及器件历史10 红外辐射在空气传播中会发射反射、吸收和透射，特别是吸收会使得传播的能量受到损失。大气对红外辐射吸收较少的波段称之为“大气窗口

4、”。Atmosphere Windows 1-3 m (SWIR) : 透射率大于80%，3-5 m (MWIR) :透射率60-70% 8-14 m (LWIR) :透射率80%1.4红外探测三个重要波段122.1红外探测器的分类（按照工作模式）14光子探测器的原理及相应的探测器分类 效应相应的探测器外光电效应光阴发射光电子光电倍增管内光电效应（1）光电导效应光导管或光敏电阻（2）光生伏特效应 PN结和PIN结（零偏） PN结和PIN结（反偏） 雪崩 肖特基势垒 p-n-p结和n-p-n结 异质结光电池光电二极管雪崩光电二极管肖特基势垒光电二极管光电三极管量子阱红外探测测器（3）光电磁效应光

5、电磁探测器15热探测器的原理及相应的探测器分类 效应相应的探测器（1）测辐射热计 负电阻温度系数 正电阻温度系数 超导热敏电阻测辐射热计金属测辐射热计超导远红外探测器（2）温差电效应热电偶、热电堆（3）热释电效应热释电探测器（4）其它高莱盒，液晶等光热效应162.2 热红外与光子红外探测器对比性能热红外探测器光子红外探测器灵敏度较低高响应时间较长（ms）短光谱响应理论上无关特定波长敏感工作条件室温需要制冷成本低高17单元器件2.3光子红外探测器器件182.3光子红外探测器器件线列结构202.4红外探测器的分类（按照工作温度分类）红外探测器按照工作温度分类可以分为制冷型和非制冷型212.5红外探

6、测器的分类（按探测材料分类）常见探测器 优点 缺点HgCdTe 探测器本征吸收、带隙可调、高探测率、高量子效率、高响应速率、低功耗、低暗电流HgCdTe薄膜均匀性差带来探测率和探测波长的不确定性、缺 陷密度较高、成品率较低、机械强度较差、衬底昂贵且面积小类超晶格探测器 InAs/InGaSb本征吸收、较大的带隙调节范围、高探测率、可吸收正入射光、高吸收系数、高量子效率分子束外延生长工艺技术不够 成熟、暗电流较高、衬底价格较高且质量不如GaAs材料量子阱红外探测器GaAs/AlGaAs带隙可调、大面积均匀性好、 成熟的/族半导体工艺、 高成品率、低成本、高响应 速率、抗辐射非本征吸收、量子效率较

7、低、暗电流较高、不吸收正入射光量子点红外探测器InAs/ GaAs QDs响应垂直入射,工作温度高,响应光谱可调、暗电流低量子点均匀性难以保证、量子 效低，吸收效率低23 Hg1-XCdXTe（MCT）是CdTe和HgTe的连续固溶体，CdTe是一种半导体，禁带宽度约1.6eV，而HgTe是一种半金属，禁带宽度约为-0.3eV，用这两种化合物组成的三元化合物具有随组份不同而连续变化的、轮廓分明的带宽结构，而不像单质和正规化合物半导体那样被固定在某一带宽结构上。3.1 HgCdTe的材料特性24Hg1-XCdXTe可以通过调整组份x来调整其禁带宽度，从而调整探测器的响应波段HgCdTe材料为本征

8、激发，具有高的吸收系数和很高的量子效率（可超过80%），且有高的探测率HgCdTe在同样的响应波段，工作温度较高，且工作的温度范围较宽，例如在8um14um波段，Ge：Hg红外探测器需要工作在38K，而HgCdTe则可以在80K3.2 HgCdTe材料优点Hg1-XCdXTe成为一种接近理想红外探测器材料主要有以下优点26第四章红外焦平面探测器（IRFPA）27原理：焦平面上排列着感光元件阵列，入射光线经过光学系统成像在系统焦平面的这些感光元件上，探测器将接受到光信号转换为电信号，并通过信号读出电路(包括积分放大、采样保持和多路传输系统)输出形成图像。4.1 IRFPA原理与结构MCT衬底铟柱Si读出电路28红外焦平面探测器芯片组结构30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(a)(b)314.2 IRFPA器件工艺CdZnTe衬底AR coatingHgCdTen-HgCdTeHgCdTeP-HgCdTeP-HgCdTe324.3 IRFPA铟柱工艺AR coatingCdZnTe衬底n-HgCdTeP-HgCdTe334.4 IRFPA倒装工艺Si信号处理n-HgCdTeAR coatingCdZnTe衬底P-HgCdTe34第五章 对应工艺设备推荐35亚科