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凯发k8国际首页登录 带你了解红外探测器的历史

2022-02-28 09:19:58


通常,红外探测器用于探测、测量所有物体发出的热辐射以达到红外热成像和红外测温的目的。红外探测器的发展始于 19 世纪。这些早期设备由依赖于检测温度变化的单个检测器元件组成。随着相关技术的发展,红外探测器由单个变为线列探测器,再变为红外焦平面探测器(阵列)。


红外探测器通常对所有红外波长都敏感,非制冷红外探测器可在室温下工作。在这些条件下,它们具有相对较低的灵敏度和较慢的响应。


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第一代红外探测器阵列

光子探测器的开发是为了提高灵敏度和响应时间。自 1940 年代以来,这些探测器得到了广泛的发展。硫化铅 (PbS) 是第一个实用的红外探测器。它对高达约 3 µm 的红外波长敏感。在 1940 年代末和 1950 年代初,开发了多种用于红外传感的新材料。硒化铅 (PbSe)、碲化铅 (PbTe) 和锑化铟 (InSb) 扩展了 PbS 的光谱范围,在 3-5 µm 中波长 (MWIR) 大气窗口中提供灵敏度。1950 年代末,在化学表 III-V、IV-VI 和 II-VI 组材料系统中首次引入了半导体合金。这些合金允许为特定应用定制半导体的带隙,从而定制其光谱响应。MCT (HgCdTe) 是一种 II-VI 族材料,如今已成为应用最广泛的可调带隙材料。


随着光刻技术在 1960 年代初面世,它被应用于制造 IR 传感器阵列。线性阵列技术首先在 PbS、PbSe 和 InSb 检测器中得到证实。光伏 (PV) 探测器的开发始于单晶 InSb 材料的可用性。在 1960 年代末和 1970 年代初,开发了本征 MCT 光电导探测器的“第一代”线性阵列。这使得 LWIR 前视成像辐射计 (FLIR) 系统能够在 80K 下使用单级低温发动机运行,从而使其更紧凑、更轻,并且功耗显着降低。


1970 年代见证了 IR 应用的迅速发展,同时开始大量生产使用线性阵列的第一代传感器系统。与此同时,其他重要的探测器技术发展也在发生。硅技术催生了新型硅化铂 (PtSi) 检测器设备,这些设备已成为各种 MWIR 高分辨率应用的标准商业产品。


第二代红外探测器阵列

1960 年代后期电荷耦合器件 (CCD) 的发明使得设想“第二代”探测器阵列与焦平面电子模拟信号读出器耦合成为可能,该读出器可以复用来自非常大的探测器阵列的信号。对该概念的早期评估表明,光伏探测器(如 InSb、PtSi 和 MCT 探测器)或高阻抗光电导体(如 PbSe、PbS 和外来硅探测器)是有希望的候选者,因为它们具有适合与读出多路复用器的 FET 输入接口的阻抗。PC MCT 不适合,因为它的阻抗低。


因此,在 1970 年代后期到 1980 年代,MCT 技术努力几乎完全集中在 PV 设备的开发上,因为需要低功率和高阻抗来连接到大型阵列中的读出输入电路。这一努力在 1990 年代随着第二代红外探测器的诞生而获得了回报,该探测器以两种线性格式提供大型二维阵列。这些探测器将 TDI 用于扫描系统;在凝视系统中,它们有方形和矩形格式。


1970 年代中期首次展示了单片外在硅探测器。由于集成电路制造过程降低了探测器质量,因此单片外接硅方法随后被搁置。然而,可以在处理读出后形成检测器的单片 PtSi 检测器现在已广泛使用。


第三代红外探测器阵列

目前国际上对于第三代探测器并没有一个非常明确的定义。

业内专家根据当下对红外探测器发展的需求,提出了第三代红外探测器的必备特征(可以只满足其中的任意一项)如下:


1)高性能、高分辨率、多波段探测的红外制冷焦平面探测器;

2)中等性能或高性能的非制冷红外焦平面探测器;

3)成本非常低的非制冷红外焦平面探测器。


 总结来看,这些必备特征还是对红外探测器高性能、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数为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,最终以更低的门槛实现红外热成像和红外测温功能。


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