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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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  碲镉汞中,弱Hg-Te键(比Cd-Te键弱约30%),可通过热处理或特定途径形成P或N型,并可完成转型。其电学性质如1载流子浓度低,2少数载流子寿命长,3电子空穴有效质量比大(~10.0),电子迁移率高,4介电常数小等有利于探测器性能。

  第一代碲镉汞探测器主要是多元光导型,美国采用60、120和180元光导探测器作为热像仪通用组件,英国则以70年代中期开发的SPRITE为通用组件。SPRITE是一种三电极光导器件,利用半导体中非平衡载流子扫出效应,当光点扫描速度与载流子双极漂移速度匹配,使探测器在完成辐射探测的同时实现信号的时间延迟积分功能。8条SPRIET的性能可相当100元以上的多元探测器。结构、制备工艺和后续电子学大大简化。现有技术又克服了高光机扫描速度和空间分辨率受限制等两个缺陷。

  1992年诞生了第一台国产化通用组件高性能热像仪,SPRITE探测器研制成功是关键。到90年代初,第一代碲镉汞光导探测器纷纷完成技术鉴定,性能达到世界先进水平。

  兵器工业211所的SPRITE、32和60元探测器已实用化并投入批量生产,规模和市场不断扩大。国外在80年代就已大批量生产。由于电极、杜瓦瓶设计和制冷机方面的重重困难,第一代碲镉汞探测器元数一般无法超过200。大的碲镉汞光敏阵列和Si读出集成电路分别制备并最佳化,然后两者进行电学耦合和机械联结形成混合式焦平面阵列,就是第二代碲镉汞探测器。

  目前国际上已研制出256×256甚至640×480规模的长波IRFPA。中波红外已有用于天文的1024×1024的规模,现阶段典型产品是法国的4N系列288×4扫描式FPA。国内仍处于研制开发阶段。晶体碲镉汞材料也有鲜明的弱势:

  1)相图液线和固线分离大,分凝引起径向、纵向组分不均匀;

  2)高Hg压使大直径晶体生长困难,晶格结构完整性差;

  3)重复生产成品率低。薄膜材料的困难在于难以获得理想的CdZnTe衬底材料。

  人们致力于研究替代衬底,如PACE(Producible Alternative to CdTe for Epitaxy )- I ( HgCdTe / CdTe/ 宝石),PACE-II(HgCdTe/C dTe/GaAs)和PACE-III(HgCdTe/CdTe/Si)。日本和法国还报道Ge衬底,目标是与MCT的晶格 匹配并有利于与Si读出线路的耦合。 优质碲镉汞材料制备困难、均匀性差、器件工艺特殊,成品率低,因而成本高一直是困扰碲镉汞IRFPA的主要障碍。人们始终没有放弃寻找材料的努力,但迄今还没有一种新材料能超过碲镉汞的基本优点。为满足军事应用更高的性能要求,碲镉汞FPA仍然是首选探测器。

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