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。

红外系统中的扫描型和凝视型FPA

红外探测器是红外系统的核心器件 ,第二代红外探测器就是FPA。由于红外系统的任务和FPA的特点、技术、价格等原因 ,FPA的发展既有与IC发展类似的规律 ,又有其自身发展的特殊性。通过对制冷的扫描型和凝视型FPA的分析和比较 ,认为在今后FPA的发展中 ,这两种FPA将并行发展 ,以为凝视型FPA要代替扫描型FPA的看法可能是过于简单了。

红外系统中的扫描型和凝视型FPA

红外探测器是红外系统的核心器件 ,第二代红外探测器就是FPA。由于红外系统的任务和FPA的特点、技术、价格等原因 ,FPA的发展既有与IC发展类似的规律 ,又有其自身发展的特殊性。通过对制冷的扫描型和凝视型FPA的分析和比较 ,认为在今后FPA的发展中 ,这两种FPA将并行发展。

10μm 1280×1024 HgCdTe中波红外焦平面阵列探测性能提升

对像元尺寸为10μm的1280×1024碲镉汞(HgCdTe)中波红外焦平面阵列的制备技术和性能进行了研究。通过B+注入制备小尺寸n-on-p平面结;采用高平整度HgCdTe外延材料和高精度的倒焊互连技术,实现高的电学连通率;采用多段温度填胶固化和边缘刻蚀工艺减轻HgCdTe器件和读出集成电路(ROICs)之间的热失配,从而降低焦平面器件失效率。在85 K焦平面工作温度下,研制探测器的光谱响应范围为3.67μm至4.88μm,有效像元率高达99.95%,并且探测器组件像元的平均噪声等效温差(NETD)和暗电流密度的平均值分别小于16 mK和2.1×10^(-8)A/cm^(2)。与像元尺寸为15μm的探测器相比,10μm的1280×1024中波红外探测器可获取更加精细的图像,具有更远的识别距离。目前,该技术已成功转移到浙江珏芯微电子有限公司(ZJM)的HgCdTe红外探测器产线。

低温背景应用长波红外焦平面探测器性能参数的计算

对于在低温背景条件下应用的红外焦平面探测器,在其设计阶段首先需要确认的是探测器在低温背景下的主要性能参数是否满足应用需求。通过单元探测器的基本理论公式,从性能测试的角度,推导出了焦平面探测器主要性能指标的理论计算公式,包括峰值响应率、噪声、峰值探测率、动态范围等。提出了红外焦平面探测器主要性能参数计算的设计流程,并通过实例对长波红外焦平面探测器在低温背景下的性能参数进行了计算、设计及验证,实测结果与理论计算符合较好。表明了理论公式及设计流程具有较好的实用性,可为红外焦平面探测器的应用设计提供参考。

国外凝视型舰载红外搜索与跟踪系统综述

为一种被动式告警系统,舰载红外搜索与跟踪系统(IRST)能够可探测和跟踪掠海反舰导弹和低空威胁目标,为舰船作战管理系统和指挥控制系统提供目标指示信息,在提高舰船的态势告警能力和自防御能力方面具有不可替代的优势。与传统的360°机械扫描的IRST系统相比较,新型的凝视型IRST系统使用多个基于FPA阵列凝视非转动传感器组件,增大俯仰角覆盖,具有的高数据更新率确保快速反应时间,增强了对高速低探测性目标以及非对称威胁目标的自动探测和跟踪性能。论文介绍国外新型凝视型舰载红外搜索与跟踪系统的发展现状、技术特点和应用,对重点技术进行了分析。

64×64元GaAs/AlGaAs多量子阱长波红外焦平面研制

报道了64×64 元GaAs/AlGaAs 多量子阱凝视型红外焦平面的研制,器件的平均响应率为RP= 7.24×105V/W,器件的平均黑体探测率为Db = 5.40×108cm ·Hz1/2/W ,峰值波长为λP= 8.2μm ,不均匀性小于20% 。

320×256 GaAs/AlGaAs长波红外量子阱焦平面探测器

量子阱红外探测器(Quantum well infrared photodetector,QWIP)已经经历了20多年的深入研究,各种QWIP器件,包括量子阱红外探测器焦平面阵列(FPA)的研制也已经相当成熟。但是在国内,受制于整体工业水平,QWIP焦平面阵列器件的研制仍然处于起步阶段。研制了基于GaAs/AlxGa1-xAs材料、峰值响应波长为9.9μm的长波320×256 n型QWIP焦平面阵列器件,其像元中心距25μm,光敏元面积为22μm×22μm。GaAs衬底减薄后的QWIP焦平面阵列,与Si基CMOS读出电路(ROIC)通过铟柱倒焊互连,并且在65 K工作温度下进行了室温环境目标成像。该焦平面器件的规模和成像质量相比之前国内报道的结果都有较大提高。焦平面平均峰值探测率达1.5×1010cm.Hz1/2/W。

热红外探测器的最新进展

对基于热敏电阻的微测辐射热计和基于热释电效应的热释电红外探测器在探测元材料、焦平面阵列(FPA)结构和读出电路(ROIC)3个方面进行了分析对比,讨论了这两种非制冷探测器热电材料的选取原则,FPA单元的热绝缘构造和读出电路的组成方式,并介绍了它们的最新进展和发展方向。

基于MEMS的光力学红外成像

非制冷红外成像仪以其优良的性价比和高可靠性而倍受关注。近期 ,非制冷的热机械型红外成像仪有望发展成为新的低价格高性能的红外成像设备。本文提出了一种新型光学读出的红外探测仪。此红外探测仪的核心器件焦平面阵列 (FPA)由无硅基底结构的微悬臂梁阵列构成。每个微悬臂梁独立地把入射的红外热辐射转化为被光学系统探测的热变形。它不需要读出电路、真空腔和制冷装置 ,其理论上的噪声等效温度差接近致冷型红外成像系统 ,而制作成本和难度将大幅降低。制作的无硅基底单层膜结构的FPA ,其单元尺寸为 2 0 0 μm× 1 0 0 μm ,阵列大小为 1 5 0× 1 0 0像素数。实验制作的系统探测到温度为 5 0 0K左右的热物体像 ,热像采样频率为 1 2幅 /秒。

热红外高光谱成像技术的研究现状与展望

高光谱成像具有精细的光谱分辨能力,在热红外谱段实施高光谱成像对目标探测与识别有显著效果.与国外相比,我国在该领域的研究还相对薄弱,应用部门的研究主要基于国外数据,国内尚未有成熟的仪器.对国内外研究现状进行了详细调研,并结合目前国内已经布局的研究项目对该领域未来的发展进行了展望,对我国发展高性能空间红外光谱成像技术具有一定意义.

空间遥感用近红外InGaAs焦平面组件(英文)

介绍了InGaAs PIN探测器的结构和主要性能指标,综述了InGaAs探测器的研究进展,特别是我国空间遥感用高均匀性长线列InGaAs焦平面组件的关键技术和主要性能结果。近年来,我国空间遥感用InGaAs得到了较快发展,研制出光谱响应为0.9～1.7μm的正照射和背照射256×1元InGaAs线列焦平面组件,室温下其峰值响应率分别为7.8×1011cm·Hz1/2/W和4.5×1011cm·Hz1/2/W,而且利用正照射256×1元InGaAs线列焦平面组件实现了扫描成像,图像清晰。此外,研制了光谱响应延展至2.4μm的256×1元InGaAs线列焦平面组件,其室温下峰值探测率为2.5×1010cm·Hz1/2/W。这些研究结果为下一步更长线列焦平面组件的研制提供了坚实的基础,同时器件的性能需要进一步提高,以满足空间遥感应用的要求。

近红外256×1元InGaAs焦平面探测器无效像元研究

采用分子束外延方法生长的PIN型InP/InGaAs/InP双异质结材料制备了正照射256×1元近红外探测器,并与128×1奇偶两路读出电路互连,制备了近红外256×1元焦平面探测器.针对近红外InGaAs焦平面探测器中的无效像元问题,通过光学显微镜、扫描电镜和电学测试将无效像元进行分类,并分析了无效像元产生的原因.研究结果表明光敏芯片较低的零偏电阻、键压过程引入的损伤和虚焊以及钝化膜侧面覆盖较薄导致了无效像元的产生,通过光敏芯片设计结构改进和钝化膜工艺优化,消除了近红外256×1元InGaAs焦平面探测器的无效像元.

256×1甚长波量子阱红外焦平面研究

GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器由于其所依据的GaAs基材料较为成熟的材料生长和器件制备工艺,使其特别适合于高均匀性、大面积红外焦平面的应用。报道了甚长波256×1元GaAs/AlGaAs多量子阱红外焦平面器件的研制成果,探测器的峰值波长为15μm,响应带宽大于1.5μm。在40 K工作温度下,器件的平均黑体响应率Rp=3.96×106 V/W,平均黑体探测率为Db*=1.37×109 cm.Hz1/2/W,不均匀性为11.3%,并应用研制的器件获得了物体的热像图。

基于神经网络法的焦平面器件非均匀性校正技术研究

首先分析了传统的非均匀性校正方法的缺点,指出自适应校正红外焦平面器件非均匀性的必要性。根据焦平面器件的非均匀性噪声特性和算法研究的需要,介绍了非均匀性失真图像的产生方法。在上述工作的基础上,研究了基于神经网络的自适应非均匀性校正算法,探讨了最近4邻域像素平均、最近4邻域像素灰度加权和8邻域像素灰度加权等三种情况。实验结果表明。

锑化物红外探测器国内外发展综述

锑化物探测器是当前主要的红外探测器类型之一,主要包括InSb、InAsSb、InAlSb以及II类超晶格(T2SL)等红外探测器,覆盖红外短、中、长波。锑化物探测器在精确制导、机载光电、视觉增强、天文观测、气象卫星、火灾告警、人员搜救等军事和民用领域都有广泛应用。当前红外探测器已经全面进入第三代发展阶段,锑化物红外探测器也不断出现新技术、新特点和新应用。本文详细分析了锑化物红外探测器的国内外发展现状、工艺路线、技术特点等,并对锑化物红外探测器未来的发展趋势进行了预测。

光学读出非制冷红外成像的最新进展

针对以前红外成像中红外图像的噪声等效温度差(NETD)较大和空间分辨率不高的问题,本文在制作工艺改善的基础上,设计了一个单元尺寸分别是50μm×50μm和60μm×60μm的红外焦平面阵列(FPA),它是由0.5μm厚的SiNx和0.2μm厚的Au构成的双材料微悬臂梁阵列构成。微梁单元倾斜角的变化利用在谱平面刀口滤波的光学方法测量。FPA是利用基于体硅的表面微加工工艺制作的,利用制作的FPA的60μm×60μm单元区域和12bitCCD,得到了室温物体的热像。讨论了60μm×60μm单元区域的性能,给出了NETD在100mK左右。和以前的工作相比,红外图像的温度分辨率和空间分辨率都得到了明显改善。

InAs/GaSb二类超晶格中/短波双色红外焦平面探测器

InAs/GaSb超晶格材料已经成为了第三代红外焦平面探测器的优选材料。开展了InAs/GaSb二类超晶格中/短波双色焦平面探测器器件结构设计、材料外延、芯片制备,对钝化方法进行了研究,制备出性能优良的320×256双色焦平面探测器。首先以双色叠层背靠背二极管电压选择结构作为基本结构,设计了中/短波双色芯片结构,然后采用分子束外延技术生长出结构完整、表面平整、低缺陷密度的PNP结构超晶格材料。采用硫化与SiO2复合钝化方法,最终制备的器件在77 K下中波二极管的RA值达到13.6 kΩ·cm^2,短波达到538 kΩ·cm^2。光谱响应特性表明短波响应波段为1.7~3μm,中波为3~5μm。双色峰值探测率达到中波3.7×10^11cm·Hz^1/2W^-1以上,短波2.2×10^11cm·Hz^1/2W^-1以上。响应非均匀性中波为9.9%,短波为9.7%。中波有效像元率为98.46%,短波为98.06%。

星载长波红外焦平面成像系统

随着国产红外焦平面技术的发展,使用长波红外焦平面器件采用推扫方式对地观测的成像系统成为现实。文中介绍的星载长波红外焦平面成像系统是一个工作波段在8.0~12.5μm之间的对地观测相机,该相机采用两条256×1的长波红外焦平面探测器,60 K的深低温斯特林制冷机和同轴两反RC主光学系统的技术方案,通过设置合理的探测器冷屏、并采用-26°C的低温光学系统以及高性能的信息获取和处理电路,系统获得了较好的温度灵敏度,利用该相机获取了外景长波红外图像,这是我国利用国产的红外焦平面器件获取的截止波长大于12.5μm的红外图像。

大面阵中波红外连续变焦光学系统设计

针对制冷式大面阵640×512凝视焦平面阵列探测器,设计了一套中波红外连续变焦光学系统。该系统由变焦系统和二次成像系统构成,包括7片透镜和2个反射镜组成的折叠光路。首先,根据变焦原理和专业光学设计软件给出了系统结构及其参数。然后,分析了系统的像质和冷反射效应。最后,验证了系统的性能指标。结果表明:该系统可以实现50～500mm的连续变焦,变焦过程中目标景物始终清晰可见;系统在耐奎斯特频率处的全视场光学传递函数大于0.35,全视场畸变小于2%,无冷反射现象;具有分辨率高、热灵敏度高、像质好、变焦轨迹平滑等特点,基本满足设计要求。