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红外技术的应用及前景

2012-06-13 17:10
九一隐士
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  2.1.2新技术飞速发展促进红外探测器更新换代

  60年代以前多为单元探测器扫描成像,但灵敏度低,二维扫描系统结构复杂笨重。增加探测元,例如有N元组成的探测器,灵敏度增加N1/2倍,一个M×N阵列,灵敏度增长(M×N)1/2倍。元数增加还将简化光机扫描机构,大规模凝视焦平面阵列,不再需要光机扫描,大大简化整机系统。现代探测器技术进入第二、第三代,重要标志之一就是元数大大增加。另一方面是开发同时覆盖两个波段以上的双色和多光谱探测器。所有进展都离不开新技术特别是半导体技术的开发和进步。几项具有里程碑意义的技术有:

  (1)半导体精密光刻技术 使探测器技术由单元向多元线列探测器迅速发展,即后来称为第一代探测器。

  (2)Si集成电路技术 Si读出电路与光敏元大面阵耦合,诞生了所谓第二代的大规模红外焦平面阵列探测器 。更进一步有Z平面和灵巧型智能探测器等新品种。此项技术还诱导产生非制冷焦平面阵列 ,使一度冷落的热探测器重现勃勃生机。

  (3)先进的薄层材料生长技术 分子束外延、金属有机化学汽相淀积和液相外延等技术可重复、精密控制生长大面积高度均匀材料,使制备大规模红外焦平面阵列成为可能。也是量子阱探测器出现的前提。

  (4)微型制冷技术 高性能探测器低温要求驱动微型制冷机的开发,制冷技术又促进了探测器的研制和应用。

  我国红外探测器研制从1958年开始,至今已40多年。先后研制过PbS、PbSe、Ge:Au、Ge:Hg 、InSb、PbSnTe、HgCdTe、PtSi/Si、GaAs/AlGaAs量子阱和热释电探测器等。 随着低维材料出现,纳米电子学、光电一体化等技术日新月异,21世纪红外探测器必有革命性的进展。物理学及材料科学是现代技术发展的主要基础,现代技术飞速发展对物理学研究 又有巨大的反作用。

  4、高性能红外探测器-碲镉汞探测器

  1959年,英国Lawson等首先制成可变带隙Hg1-xCdxTe固溶体合金,提供了红外探测器设计空前的自由度。

  碲镉汞有三大优势:

  1)本征激发、高的吸收系数和高的量子效率(可超过80%)且有高的探测率;

  2)其最吸引人的特性是改变Hg、Cd配比调节响应波段,可以工作在各个红外光谱区段并获得最佳性能。而且晶格参数几乎恒定不变,对制备复合禁带异质结结构新器件特别重要

  3)同样的响应波段,工作温度较高,可工作的温度范围也较宽。

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