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〈综述与评论〉

短波红外焦平面探测器及其应用进展

曹 扬，金伟其，王 霞，徐 超

（北京理工大学信息科学技术学院光电工程系，北京 100081）

摘要：简要介绍短波红外焦平面阵列（SWIRFPA）的相关概念，从探测器材料、探测器制备工艺方面

讲述国内外在短波红外焦平面探测器研究领域取得的进展，列举HgCdTe和InGaAs材料短波红外焦平面探测器产品，描述当前短波红外焦平面探测器的研究动向，最后列举了一些有代表性的短波红外焦平面阵列的应用。

关键词：短波红外；焦平面阵列；红外探测器；HgCdTe；InGaAs

中图分类号：TN21 文献标识码：A 文章编号：1001-8891(2009)02-0063-06

Development in Shortwave Infrared Focal Plane Array and Application

CAO Yang，JIN Wei-qi，WANG Xia，XU Chao

(Department of Optical Engineering, School of Information Science and Technology, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China)

Abstract：Some conceptions and definitions of Short Wavelength Infrared (SWIR) Focal Plane Array(FPA) are presented briefly. The internal and international development in SWIRFPA field are described in detail in materials and technics. Some HgCdTe and InGaAs SWIRFPA products are shown. The directions of internal and international research are described. Finally, several typical applications of SWIRFPA are introduced. Key words：SWIR；FPA；IR Detector；HgCdTe；InGaAs

波红外焦平面探测器的研究进展以及一些应用特点，

引言

希望对短波红外成像技术的应用起到促进作用。

200多年前，英国天文学家赫胥耳（Herschel F.W）

1 短波红外焦平面探测器的进展

在做光谱的颜色含量试验时发现了红外线。人们为利用这个广阔的电磁波谱段扩展视野、探知自然一直进1.1 短波红外成像原理 行着不懈的努力[1]。由于红外辐射包含其它光谱范围短波红外辐射是指波长为0.76～3.0 µm的红外辐所没有的十分丰富的客观信息，红外辐射的探测倍受射，广泛存在于自然界中。其主要来源有自然环境反关注。上世纪40年代，出现了最早的红外探测器，射、高温物体主动辐射、人造短波红外光源等。图1红外辐射探测得以实际应用；经过近70年的发展，给出了在满月和晴朗星光条件下的光谱辐射亮度。可红外探测器日新月异，现在已经覆盖至整个红外波长以看出，除可见光外，夜天光的大部分能量集中在短范围。特别是近年来中波/长波红外成像探测器技术的波红外波段，因此可利用夜间景物自然反射的短波红发展，使热成像技术在军事和民用领域得到了广泛的外辐射进行短波红外成像。同时，与传统意义上的长应用，但相对而言，短波红外波段的应用由于探测器波/中波红外热成像类似，由维恩位移定律可知，当物的限制，直到上世纪末随着HgCdTe等材料传统工艺体的温度升到足够高时，接收物体的短波红外发射也改进以及In1－xGaxAs等Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料研可进行成像[1]。此外，各种人造短波红外光源也是短究取得突破，红外成像逐步实现了短波红外波段的覆波红外辐射的重要来源，如短波红外激光器盖。目前短波红外焦平面探测器异军突起已成为红外（SWIRLD）、短波红外发光二极管（SWIRLED）等。 焦平面成像技术领域的热点之一。本文将主要介绍短短波红外成像是指对短波红外波段的红外辐射

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品质因子随温度增高而降低。HgCdTe短波焦平面探

测器的研究起步较早，1993年美国Rockwell Science Center已经研制了截止波长2.5 µm的HgCdTe焦平面阵列。此外，法国CEA-LETI和Sofradir公司、美国Raytheon Vision System公司、Avyd器件公司、DRS公司、Indigo公司以及我国中科院上海微系统与信息技术研究所、信息功能材料国家重点实验室都先后分别取得了一定进展。

In1－xGaxAs是一种Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体合金材料，其光谱响应可随合金组分值的不同在0.87 µm(GaAs)～3.5 µm(InAs)范围内变化。InGaAs材料在光通讯领域的广泛应用和可在常温下工作的特点，使之也成为焦平面探测器的研究热点[6]，其主要特点是在非制冷条件下也具有较高的探测率（在温度远高于HgCdTe的工作条件下，品质因子仍可高出接近1个数量级，降低工作温度，InGaAs的品质的增幅比HgCdTe更为明显[6]），在缩小红外系统体积、降低功耗和成本、提高可靠性方面具有明显的优势，但其响应波长范围相对较窄，且由于工艺限制不易于制成大

尺寸阵列。美国Sensors Unlimited Inc.、法国

图1 满月和晴朗星光条件下的光谱辐射亮度 THOMSON公司、美国EPITAXX公司以及国内上海Fig.1 Spectral radiant luminance in full moonlight and 技物所、上海微系统与信息技术研究所、中科院半导

clear startlight 体所、重庆光电技术研究所等都进行了一些InGaAs

探测器探索性研究工作，取得了一定的进展。 1.2 短波红外焦平面探测器材料

其他材料方面，1995年日本三菱电子公司、半导常见的用于制造短波红外焦平面探测器的材料

体研究实验室研制了PtSi肖特基势垒红外焦平面阵包括HgCdTe、InGaAs、InAs/GaSb、PtSi等。在短波

列，响应波长为1.5～2.5 µm，用于先进星载热发射和红外焦平面探测器的材料领域，经过长时间的研究和

应用，因各材料特性不同，已经基本上形成了HgCdTe反射辐射计（ASTER）上 …… 此处隐藏：10331字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……