光伏型红外焦平面探测器NETD的理论计算和测试分析

噪声等效温差(NETD)是表征红外焦平面探测器灵敏度的重要参数,除了器件本身的因素以外,与实际应用条件及测试条件密切相关。从红外焦平面探测器NETD的测试方法和流程出发,对光伏型红外焦平面探测器NETD的理论计算公式进行了推导,分析了影响器件NETD的主要因素,对典型红外焦平面探测器在不同积分时间、不同电荷存储量、不同F数及半阱输出条件下的背景限NETD进行了理论计算及分析。在固定背景温度下,通过理论公式可从某一温差的NETD推算出不同温差的NETD,选择典型器件进行验证,从常规NETD测试结果推算出的一组NETD与相应温差下的实测结果符合较好,其中1 K温差的NETD推算结果已非常接近实际情况,可为热像仪系统应用提供参考。

红外焦平面探测器复合条件工作点闪元标定方法

针对闪元传统标定方法的不足,提出一种结合灰度域图像和能量域图像进行复合条件工作点闪元标定的方法。该方法解决了单一工作点对闪元激发条件不够充分和探测器非均匀性所造成的闪元漏检等问题。实验验证表明,单一工作点上闪元检测率平均提高了12.49%,与传统方法相比,整体闪元检测率提高了9.41%。本文所提方法有效提高了闪元的检出率。

冷屏对红外焦平面探测器组件性能的影响

分析了国内早期中波320×256红外焦平面探测器组件与国外同类产品在装机性能上的差异,采用三种实验方法检测了国内外探测器组件的光电性能,通过对探测器组件光电转换和结构的分析,确定出杂散光在冷屏内部的反射是导致测试结果差异的原因,冷屏内表面黑化层和结构形式是影响组件实际应用的关键。冷屏结构改进后,有效改善了国内探测器组件的实际应用性能。

圆形冷屏下红外焦平面探测器光敏元立体角的计算及其成像仿真

给出了圆形冷屏限制下红外焦平面器件任一光敏元立体角的数学模型,该模型由非线性方程组描述,通常,难以求出相应的解析解。以320×256面阵器件为例介绍了一种数值求解方法,即先从面阵中选取若干光敏元作为采样点,用SolidWorks三维实体造型软件求出这些光敏元对应的若干几何参数,再用MATLAB做样条插值计算,求出任一点处光敏元的立体角数值。将这些立体角的相对值投影到0～255的整数值范围,可以得到一张伪灰度图,该图反映了理想情况下面阵器件对均匀面源黑体的成像效果。

铁电型非制冷红外焦平面探测器的调制器设计

从铁电型非制冷红外焦平面探测器逐行读出的工作机理和阿基米德螺旋线的定义出发,导出了多调制周期调制器叶片形状的设计公式,给出了调制器与探测器位置关系的设计实例,解决了调制器设计的核心问题。

平面PN结InSb红外焦平面探测器的研究

研究了基于Be离子注入技术的平面型和Cd扩散技术的台面型锑化铟红外焦平面阵列(IRFPA)探测器芯片工艺流程。并进行了芯片I-V、成像结果等对比测试,Be离子注入平面型器件和扩散台面型芯片的性能水平相当,具备一定的工程应用水平。

混成式热释电非制冷红外焦平面探测器研究

热释电非制冷红外焦平面探测器在军民领域具有广阔的应用前景。为了实现探测器的国内工程化研制,采用混成式技术,成功研制了基于锆钛酸铅(PZT)铁电陶瓷材料,像元尺寸为35μm×35μm,列阵规模为320×240元的非制冷红外焦平面探测器。通过自主设计,研发的非制冷焦平面测试平台,得到了此器件的基本性能参数平均电压响应率1.1×105V/W,平均探测率5.6×107cm·Hz1/2·W-1,并实现了该探测器热成像。结合实际的研究工作,较为系统地介绍和讨论了热释电非制冷红外焦平面研制过程中各项关键技术。在器件光电响应测试数据分析的基础上,进一步提出下一阶段研究工作的重点和器件性能优化的方向。

红外焦平面探测器响应率不稳定像元快速筛选方法

随着红外探测技术的发展,制冷型红外焦平面探测器在航空航天和民用领域的应用越来越广泛。探测器像元响应率的不稳定性对红外焦平面探测器定量化应用产生非常大的影响。目前检测响应率不稳定像元的方法主要通过定量化的黑体标定的方法来实现,该类方法需要改变黑体温度从而得到像元的响应率,操作步骤和计算过程比较复杂,不易于高频次的工程测试实现。本文提出了一种通过计算像元随积分时间的相对响应率变化来快速筛选不稳定像元的方法,该方法每次测试时仅需要对着一个固定温度的黑体,改变积分时间获取一组探测器成像数据,通过计算每个像元的相对响应率,然后对比像元在不同测试时得到的相对响应率变化,通过与设定阈值的比较就可以实现响应不稳定性像元的筛选,自定义阈值还可以实现对响应不稳定像元进行分级。实验证明,该方法能够有效筛选出响应率不稳定的像元,操作简便,便于工程实现。

红外焦平面探测器数字读出电路研究

读出电路是红外焦平面探测器组件的重要组成部分,其性能对探测器乃至整个红外成像系统的性能有重大影响。随着硅CMOS工艺的发展,数字化读出电路以及读出电路片上数字信号处理等功能得以实现,能够大幅度提高红外焦平面探测器的性能。以红外焦平面探测器对读出电路的要求入手,分析了读出电路各性能参数对红外焦平面探测器性能的影响,介绍了读出电路的数字化技术及各种实现方式以及数字积分技术。CMOS技术的发展使得数字积分技术在红外焦平面探测器读出电路中得以实现,有效解决了读出电路的电荷存储容量不足的问题,极大地提高了探测器性能。

提升红外焦平面探测器杜瓦组件的贮存寿命

杜瓦内真空度退化和芯片盲元增加是影响红外焦平面探测器杜瓦组件贮存寿命的两大方面。杜瓦组件的排气策略直接关系到红外红外探测器杜瓦的真空寿命和红外芯片的贮存寿命,是影响红外探测器杜瓦组件可靠性的关键。本文以杜瓦放气率测试技术为依托,结合杜瓦组件在贮存环境下的退化规律和模型预测杜瓦贮存寿命。最后,综合平衡排气温度/时间对杜瓦真空寿命及芯片盲元损耗的影响,提供一种实现红外芯片和杜瓦真空同时失效的技术途径。

中波碲镉汞红外偏振焦平面探测器的制备研究(特邀)

针对隐身等多类高价值目标精确探测与识别以及探测技术持续发展需求,为实现复杂战场环境下的高概率真假目标识别和高精度目标检测、定位、跟踪,开展复杂战场环境下隐身及微弱特征目标探测及抗干扰探测等技术研究意义重大,其中高集成度的焦平面型偏振红外探测器技术是其中一个重要方向。围绕集成式中波(MW)256×256碲镉汞红外偏振焦平面探测器的研制,介绍了偏振结构的设计、制备到偏振探测器的集成,以及偏振探测器性能的测试等方面的研究进展状况,设计加工出了亚波长金属光栅阵列,采用倒装互连的方式实现了偏振探测器的集成,并在MW 256×256碲镉汞焦平面器件上实现了红外偏振性能的测试和评估。

第三代红外焦平面探测器读出电路

对红外探测器不断增长和提高的需求催生了第三代红外焦平面探测器技术。根据第三代红外探测器的概念,像素达到百万级,热灵敏度NETD达到1 m K量级是第三代制冷型高性能红外焦平面探测器的基本特征。计算结果表明读出电路需要达到1000 Me-以上的电荷处理能力和100 d B左右的动态范围(Dynamic Range)才能满足上述第三代红外焦平面探测器需求。提出在像素内进行数字积分技术,以期突破传统模拟读出电路的电荷存储量和动态范围瓶颈限制,使高空间分辨率、高温度分辨率及高帧频的第三代高性能制冷型红外焦平面探测器得到实现。

红外焦平面探测器输出图像信噪比计算和分析

推导了红外焦平面探测器输出图像信噪比的一般计算公式 ,并针对红外焦平面探测器在地面面目标自动识别系统中的具体应用 ,计算了其在不同天气情况下的成像信噪比。由计算结果可知 :采用高性能的焦平面探测器后 ,红外成像的图像信噪比非常高 ,即使在较恶劣的天气 (大雾 )情况下也可获取质量较好的红外图像 。

非蒸散型吸气剂维持红外焦平面探测器杜瓦组件工作真空度的性能与应用

实漏、虚漏、出气和渗透等气体源引起封离真空杜瓦腔体压力升高,活性气体H_2、H_2O、CO占的份额较大,H_2的份额可达80%以上,NEG抽出活性气体获得和维持红外焦平面探测器杜瓦组件工作真空度。封离真空杜瓦寿命周期内产生的气体量与设计制造技术水平和真空获得工艺能力有关,不正确使用St 172将导致NEG不能发挥最大效能。根据文献和工程实践经验,分析探讨在特定使用工况下NEG的抽气性能参数和激活与再激活条件对真空维持性能的影响,指出大多数用户不允许电再激活NEG修理、必须正确使用无颗粒St 172/NP和注意相关的问题。

320×256锗基中波碲镉汞红外焦平面探测器研究

报道了分子束外延锗基中波碲镉汞薄膜材料以及320×256锗基中波碲镉汞红外焦平面探测器研究的初步结果。利用分子束外延技术基于3英寸锗衬底生长的中波碲镉汞薄膜材料,平均宏观缺陷密度低于200 cm-2,平均半峰宽优于90 arcsec,平均腐蚀坑密度低于2.9×106 cm-2;采用标准的二代平面工艺制备的320×256锗基中波碲镉汞红外焦平面探测器,平均峰值探测率达到3.8×1011cm·Hz1/2W-1,平均等效噪音温差优于17.3 mK,非均匀性优于6.5%,有效像元率高于99.7%。

量子阱红外探测器焦平面阵列的商业化进程

从量子阱红外焦平面探测器(QWIP)产品商业化入手,介绍了各国量子阱红外焦平面探测器及相关产品的商用化情况,并讨论了量子阱红外焦平面阵列和相关QWIP产品在武器装备、工业控制、医疗等方面的应用;最后探讨了国内QWiP技术的研发现状和商业化进程.

GaAs/AlGaAs量子阱长波10.55μm红外焦平面探测器

利用GaAs/AlGaAs量子阱结构,研制了像元规模为640×512、中心响应波长在10.55μm附近的红外焦平面阵列器件,与50 K集成式制冷机耦合后,测试了相关性能,其等效噪声温差达到22.5 mK。焦平面组件通过了初步的开关机试验以及热真空试验后,表现良好。考虑封装冷屏导致在面源黑体测试时产生的焦面照度不均匀问题进行了数值计算,并分析了与近似解析计算的误差,表明当F数变小时应当采用数值计算,并认为探测器测试的非均匀性主要由照度不均匀贡献。针对10.55μm量子阱探测器,利用开源的MEEP FDTD软件,进行了近场耦合的光场分布计算,计算结果表明目前的结构参数在光衍射方面是比较接近优化的。

双层异质结碲镉汞甚长波红外焦平面探测器研究进展

报道了碲镉汞甚长波红外焦平面探测器的最新研究进展。采用水平液相外延In掺杂和垂直液相外延As掺杂技术生长了p--on--n异质结材料。基于湿法腐蚀、表侧壁钝化以及In柱互连工艺,制备了第一支台面型碲镉汞甚长波红外焦平面器件。在60 K的工作温度下,该器件的截止波长为14.28μm,有效像元率为94.5%,平均峰值探测率为8.98×10^10 cm·Hz^1/2·W^-1。

数字红外焦平面探测器(特邀)

相比传统的模拟红外焦平面探测器,数字红外焦平面探测器具有很多技术优势,是红外焦平面探测器技术的重要发展方向。首先,介绍了数字红外焦平面探测器国内外的研发现状,从信号处理以及应用的角度分析了模拟红外焦平面探测器与数字红外焦平面探测器的区别与特点;然后,又详细介绍了列级ADC数字读出集成电路以及数字像元读出集成电路的架构及具体电路模块,分析了数字读出集成电路的各模块电路及与性能的关系,并展望了数字读出集成电路的技术发展趋势。随着红外焦平面探测器向大面阵、小像元及高性能发展,对数字读出集成电路也提出更高的技术要求。通过读出集成电路架构以及模块电路的技术提升,列级ADC数字读出集成电路将普遍应用于大面阵、小像元红外焦平面探测器,而数字像元读出集成电路将普遍应用于长波红外焦平面探测器。

关于红外探测器与红外焦平面阵列探测器性能参数描述方法的商榷

对中国国标GB T 135 84与GB T 174 4 4关于红外探测器和红外焦平面阵列探测器噪声和相关性能参量定义方法提出了异议和见解。在国标中关于噪声的定义没有说明背景辐亮度和信号辐照度水平 ,因此容易导致关于噪声和相关参量的模糊观念。当信号很强时 ,光子噪声占主导地位 ,信噪比 (SNR)与信号水平不成正比 ,此时由信噪比导出噪声等效功率 (NEP)和D 时应格外小心。当信号很弱时 ,可以忽略光子噪声 ,由信噪比导出NEP和D