紅外光電探測器發(fā)展動態(tài)資料

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1、紅外光電探測器發(fā)展動態(tài)1紅外光電探測器的的歷史紅外探測成像具有作用距離遠、抗干擾性好、穿透煙塵霧霾能力強、可全天候、全天時工作等優(yōu)點在軍用和民用領域都得到了極為廣泛的應用按照探測過程的物理機理，紅外探測器可分為兩類即熱探測器和光電探測器。光電探測器的工作原理是目標紅外輻射的光子流與探測器材料相互作用，并在靈敏區(qū)域產(chǎn)生內(nèi)光電效應。因具有靈敏度高、響應速度快的優(yōu)點，光電探測器在預警、精確制導、火控和偵察等紅外探測系統(tǒng)中得到廣泛應用。紅外焦平面陣列可探測目標的紅外輻射，通過光電轉(zhuǎn)換、電信號處理等手段，可將目標物體的溫度分布圖像轉(zhuǎn)換成視頻圖像，是集光、機、電等尖端技術于一體的紅外光電探測器H。目

2、前許多國家，尤其是美國等西方軍事發(fā)達國家，都花費大量的人力、物力和財力進行此方面的研究與開發(fā)，并獲得了成功。紅外光電探測器研究從第一代開始至今已有40余年歷史，按照其特點可分為三代。第一代(1970s～1980s)主要是以單元、多元器件進行光機串／并掃描成像，以及以4×288為代表的時間延遲積分(TDI，timedelayintegration)類掃描型(scanning)紅外焦平面列陣。單元、多元探測器掃描成像需要復雜笨重的二維、一維掃描系統(tǒng)結構，且靈敏度低。第二代紅外光電探測器是小、中規(guī)格的凝視型(staring)紅外焦平面列陣。M×N凝視型紅外焦平面探測元數(shù)從1元、N元變成M×N元

3、，靈敏度也分別從l與N1/2增長M×N1/2倍和M1/2。而且，大規(guī)模凝視焦平面陣列，不再需要光機掃描，大大簡化整機系統(tǒng)。目前，正在發(fā)展第三代紅外光電探測器。探測器具有大面陣、小型化、低成本、雙色(two-color)與多色(multi-color)、智能型系統(tǒng)級靈巧芯片等特點，并集成有高性能數(shù)字信號處理功能，可實現(xiàn)單片多波段融合高分辨率探測與識別。因此，本文將重點綜述三代紅外光電探測器的材料體系及其研究現(xiàn)狀，并分析未來紅外光電探測器的材料選擇及發(fā)展趨勢。2三代探測器的材料體系與發(fā)展現(xiàn)狀紅外光電探測器的材料很多，但真正適于發(fā)展三代紅外光電探測器，即響應波段靈活可調(diào)的雙色與多色紅外焦平面列

4、陣器件的材料則很少。目前，主要有傳統(tǒng)的HgCdTe和QWIPs，以及新型的二類SLs和QDIPs，共四個材料體系。作為長波紅外(LWIR)，特別是雙色與多色紅外的光電探測材料，它們的主要特性如表1所示。下面對三代紅外光電探測器的四個材料體系及其各自的發(fā)展現(xiàn)狀進行簡單地介紹。表1HgCdTe、二類超晶格和量子阱作為長波紅外探測材料的主要特性2．1HgCdTe材料及其三代紅外探測器HgCdTe紅外光電探測器現(xiàn)已廣泛應用于預警衛(wèi)星、偵察、制導、遙感和天文等領域。由于，HgCdTe外延薄膜生長技術已趨于成熟，用分子束外延(MBE)或金屬有機化合物氣相沉積(MOVPE)等技術可以制備多層或更加復雜

5、的器件結構，能獲得適于三代雙色、多色紅外光電探測器發(fā)展需要的HgCdTe多層異質(zhì)結材料。國際上知名研究機構有美國DRS、Raytheon、法國Sofradir、英國SELEx和德國AIM等，已研制、生產(chǎn)的高水平商用碲鎘汞紅外焦平面探測器有：長波640×480、中波2048×2048、短波4096×4096、雙色／雙波段1280×720。表2是美國Raytlleon、法國Sofradir和英國SELEx公司報道的相同像素規(guī)格、響應波段與像元尺寸的單色和雙色紅外光電探測器性能情況。表2雙色HgCdTe紅外焦平面探測器性能表最近，英國SELEx公司報道了硅基HgCdTe雙色探測器和砷化鎵基Hg

6、CdTe三色紅外光電探測器的研究進展。硅基HgCdTe雙色探測器規(guī)模為320×256，中波與長波截止波長為5μm/9.5μm，噪聲等效溫差(NETD)分別為16．6mK／32．8mK，有效像元率分別為99．4％/98．2％。三色紅外光電探測器是由采用MOVPE在砷化鎵(GaAs)襯底上生長的N-P-P—p—n型多層異質(zhì)結HgcdTe薄膜材料，通過微臺面列陣隔離、表面鈍化與金屬化層制作以及銦柱列陣制備來獲得的。三色紅外光電探測器是在兩個背靠背光電二極管的雙色紅外光電探測器的中間勢壘區(qū)增加一個響應居中波段(IM，intermediatewavelength)的有源區(qū)。短波、長波工作是其相應光

7、電二極管在小反偏下來實現(xiàn)的。當電子勢壘在短波光電二極管大反偏下被降低時，IM有源區(qū)光生少數(shù)載流子能從IM有源區(qū)注入到短波光電二極管，從而實現(xiàn)居中波段工作，進而實現(xiàn)紅外光電探測器的三色探測。HgCdTe三色紅外光電探測器的性能，與兩個背靠背光電二極管中間勢壘區(qū)的摻雜濃度水平，以及勢壘和短波光電二極管結區(qū)之間相對位置有密切的關系。目前，MOVPE、分子束外延(MBE)可精確控制縱向的組分變化、原位摻雜濃度以及各種過渡區(qū)相對位置，能實現(xiàn)三