《红外焦平面成像技术发展现状》由会员分享，可在线阅读，更多相关《红外焦平面成像技术发展现状（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、红外焦平面成像技术发展现状姓名：高洁 班级：11级硕研1班 学号：摘要红外焦平面列阵成像技术已经进入了成熟期。本文对几种红外焦平面列阵器件如MCT、Insb 和 QWIP 的最新进展作一评述，简要介绍其器件发展水平、技术路线和关键工艺。 简 要提及一种新颖的非制冷焦平面成像技术：光学读出微光机红外接收器。关键词：红外焦平面列阵； 碲镉汞； 锑化铟； 量子阱红外探测器AbstractInfrared focal plane array (IRFPA) imaging technology has been matured during the passed decade. In this pap
2、er an overview of recent progress to several kind of IRFPA such as MCT, Insb and QWIP is provided , focusing on new device development, technical lines and key technologies. Also, a new type of uncooled FPA imaging technigue micro !optomechanical infrared receiver with optical readout is briefly int
3、roduced.Key words: IRFPA; MCT; Insb; QWIP引言红外探测器技术在20 世纪 90 年代取得了飞速发展。红外焦平面列阵成像技术进入了成熟 期。 高性能大规格焦平面列阵已正式地应用于各种重大国家安全项目中，例如弹道导弹防 御计划和重要新型武器系统。 另外，新型非制冷红外焦平面技术的涌现正在促进红外技术 走向第三代。美国人预言，未来几年美国红外市场将出现年均 30%的连续高速增长1。 本 文简要评述了几种红外焦平面列阵器件技术的最新进展。1. 碲镉汞红外焦平面器件1.1 器件和材料发展水平通过调整碲镉汞(MCT)材料的组分，可以方便地调节其材料的禁带宽度，器件可
4、以响应多个 红外波段范围，因此，MCT受到各国的高度重视。MCT焦平面列阵器件在短波(13 p m)、中波(35p m )、长波(812p m )和甚长波(1218p m )各个波段取得了全面进展。1.1.1 短波 MCT 焦平面波音北美公司和洛克威尔科学中心合作，在替代衬底PACE-1上生长的MCT薄膜材料制造 了大规模的焦平面列阵。低背景天文应用,代号为Hawaii-2的器件性能参数如表1所示习。 多光谱遥感应用的1024*1024元FPA, 截止波长2.5 p m,在1.2*1011 phs/cm2 s背景水平 和115 K工作温度下的平均探测率达到2.3*1013 cmHZ1/2W非均
5、匀性12.5%,量子效率 74%， 77 K 下平均暗电流仅为0.02 e-/s， 有效像元率99.1%， 100 次热循环脱焊率0.2%3。表1 Hawaii-2 性能参数ParametervalueunitTotal pixels2048*2048个Pixcl pitch18p mCutoff wavelength2.5p mInput structureSFDIntegration capacitance1835fFGain3.46.8V/e-Minimum readout noise15e-Dynamic range104V/VMaximum data rate1014cmHz1/2W
6、-1Power dissipationW2mW1.1.2 中波 MCT 焦平面Rockwell 使用 MBE 技术在 CdznTe 衬底上制备的 1024*1024 元中波器件已大量生产和应 用.焦平面截止波长4.8 |J m, 像元尺寸17p m *17p m, p-on-n结构，SFD读出。在 工作温度78 K下平均量子效率77%，暗电流12 R m)MCT 焦平面这一波段因其在空间应用和导弹防御计划中的重要性而受到重视Boeing/rockwell用在CdznTe衬 底上MBE生长的MCT薄膜制备了截止波长为15.8J m(65 K)的128*128元甚长波焦平面器件。采用As 离子注入
7、双层平面异质结工艺，像元中心距60j m。在工作温度40 K积分时间120J s背景通量 8.0*10筠cm-2s时，平均探测率达到2.76*1011伽与即-1,不均匀性10.5%，有效像元率97.21%，输入结 构为低噪声，高线性度直接注入电路11。1.1.5 双色和双波段焦平面器件SBRC 首先研制成双色同时读出的128*128 元 (MW/LW) FPA12 DRS 已演示了320*240 元， MW/LW FPA 双波段同时读出，量子效率均大于50%131.2技术路线和关键工艺技术碲镉汞历经40 余年的发展，全世界从事这一研究的重量级单位达十几家，长期以来都是在相互保密 的情况下各自独
8、立地发展自己的技术，形成了各具特色的技术路线。Boeing/RockwellBoeing/Rockwell成功地发展了两种不同的工艺技术：PACE-1 /LPE和MCT/n-on-p同质结工艺以及双层平面异质结(DLPH)工艺PACE-1技术的要点是：外购 MOCVD生长的 Cdte/A1203衬底片，LPE生长短波和中波MCT薄膜(8p m12p m厚)并退火成p型，B+ 离子注入形成 n-on-p 同质结 ZnS+Si02 或 Si3N4 双层钝化，这样做出的器件在截止波长 5.0 M m，77 K温度下R0A1.0*106Q cm2满足大多数高背景应用的性能要求。MBE-DLPH 技术是
9、美国 DARPA 组织协作攻关取得的重要成果，这项技术的特点是：在 CdZnTe 衬底利用 MBE 方法原位掺铟生长 n 型 MCT 薄膜。 MBE 原位掺铟生长较宽带隙 (x+0.07)的n型覆盖层，MBE生长CdTe钝化层，As离子注入及退火形成p-on-n结。自 1992 年起，经过5 年攻关，确立了这项技术作为高性能、较低成本、可大批量生产从甚短 波(VSWIR)到甚长波，VLWIR红外焦平面列阵制造技术的地位。1.2.2 LETI/LIR 和 SofradirLETI/LIR成立于1978年主要从事红外焦平面的技术研究，Sofradir成立于1986年，主 要使用LETI/LIR的技
10、术、生产和销售MCT焦平面器件。LETI/LIR开发的工艺技术路线早 已广为人知。1.2.3 Hushes/SBRCHushes/SBRC 发展了其独特的工艺技术，即无限熔体富汞垂直液相外延， VLPE / 掺杂生长 /多层同质或异质n/p或p/n台面结工艺，SBRC用了 15年时间使VLPE发展成熟，实现 了焦平面材料和器件的低成本规模生产。Hushes/SBRC使用大面积衬底使器件成本大幅度下降，以目前的应用来说30cm2的衬底对 降低成本是一个临界尺寸，再大也不会导致器件成本进一步降低。2 Insb 红外焦平面列阵器件InSb探测器在35 M m波段响应，77 K截止波长5.5 M m,
11、由于是本征吸收，量子效率 高，20世纪90年代InSb红外焦平面列阵器件发展成熟，在凝视军用系统中占据主导地位。 2.1 器件发展水平InSb 红外焦平面列阵器件的发展以凝视型为主，扫描型线列焦平面只在早期有所报道，凝 视InSb红外焦平面按其用途形成了不同的技术特点。低背景战略和空间应用的InSb列阵特 点为：规模大、噪声低、工作温度低、帧频低。中、高背景战术应用的InSb列阵主要用于 导弹制导和热成像，列阵特点为:规模适度、电荷处理能力强、帧频高。十多年来Hushes/SBRC 提供了从64 *58到1024*1024元InSb焦平面列阵，供陆基和天基红外天文学观测使用， 取得了巨大成功。在制导应用方面，代表当前水平的是Lockheed- Martin下属的Santa Barbara Focalplane公司 研制的灵活型 640*!512 元 InSb 焦平面列阵，所谓灵活型是指这种列阵也可用 512*512、 640*480或者400*400。在运行中，甚至可以从帧频120 Hz窗口为640*512的大场景观视 模式突然切换到帧频1000 Hz 窗口为128*128 的小视场跟踪模式，量子效率85% ，像元有 效率99.5%，功耗105 mW19。在线列阵方面，以色
