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何谓第三代红外探测器技术?发展趋势如何?
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admin
2020-07-08 08:56

  0 引言

  红外探测器技术是红外技术的核心,红外探测器的发展引领也制约着红外技术的发展。红外探测器的发展起源于1800年英国天文学家威廉·赫胥尔对红外线的发现,随后出现了热电偶、热电堆、测热辐射计等热电、热探测器。1917年美国人Case研制出第一支硫化铊光电导红外探测器,19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,红外探测器的发展历程如图1所示。二次世界大战加速了红外探测器的发展,使人们认识到红外探测器在军事应用中的价值。二次世界大战后半导体技术的发展进一步推动了红外技术的发展,先后出现了PbTe、InSb、HgCdTe、Si掺杂、PtSi等探测器。早期研制的红外探测器存在波长单一、量子效率低、工作温度低等问题,大大地限制了红外探测器的应用。1959年英国Lawson发明碲镉汞红外探测器,红外探测器的发展由此呈现出蓬勃发展的局面。碲镉汞红外探测器自发现以来一直是红外探测器技术的首选,它在红外探测器发展历程中占有重要的地位。美国、英国、法国德国、以色列以及中国等国家的红外研究工作者对碲镉汞红外探测器的发展投入了极大的精力,并持续不断地进行研究和改进;同时,碲镉汞材料与器件存在的不足也不断激发研究者对红外新材料和新器件技术发展的热潮。碲镉汞红外探测器几乎成为一个标准,每种新材料和新器件技术的出现与存在,首先是要与碲镉汞进行比较,并在某方面具备明显的优势。低维量子阱红外探测器技术、Ⅱ类超晶格红外探测器技术的发展就是最好的实例。由于材料设计的灵活性,材料生长和器件制备技术的成熟性,这两类材料克服了大面阵碲镉汞材料和器件技术上存在的不均匀性及稳定性问题,在短短20多年的发展中获得了广泛的应用,在国际上被认为是与碲镉汞并存的三代红外探测器技术。

  

  图1 红外探测器的发展历程

  何谓第三代红外探测器技术,目前国际上并没有一个非常明确的定义。波兰Rogalski?分析总结了当前对红外探测器发展的需求,提出了第三代红外探测器包含的3部分内容,具体如下:

  1)高性能、高分辨力具有多波段探测的制冷焦平面;

  2)中等性能或高性能的非制冷焦平面;

  3)成本非常低的非制冷焦平面。

  以上3项内容其实质体现了对探测器高性能、低成本的要求。高性能的具体要求是:大面阵,像元为100万以上;另外,在F#=2?的条件下,三代红外探测器性能(典型值为噪声等效温差)比二代红外探测器高一个量级;双色和多色探测是三代红外探测器的一个显著特征,主要是为了提高对复杂背景或伪装目标的识别率。低成本的要求一直是红外探测器的一个主要发展内容,在二代红外探测器的发展基础上,通过改进器件技术、提高工作温度等方法将进一步降低制造成本,达到可作为耗费品使用的成本。以上3?项内容为“或”的关系,只要满足了一条就能称为第三代红外探测器技术。理由很简单,由于在不同的条件下,应用需求各有不同、各有侧重,需要的探测器功能和种类也就不同。目前不同的国家对第三代红外探测器的选择主要是出于自身的发展与应用需求,对材料和器件技术进行有选择的发展,最终目的是为了实现高性能、低成本的红外探测器。