量子級(jí)聯(lián)紅外探測器

美國倫斯勒理工學(xué)院的研究人員開發(fā)出了一種基于納米技術(shù)的新型量子點(diǎn)紅外探測器(qdip)。這種以金為主要材料的新型元件可大幅提高現(xiàn)有紅外設(shè)備的成像素質(zhì),將為下一代高清衛(wèi)星相機(jī)和夜視設(shè)備的研發(fā)提供可能。

美國專利us7312450(2007年12月25日授權(quán))本發(fā)明提供一種可在保持性能的同時(shí)降低功耗的紅外探測器件。該器件由一個(gè)熱釋電元件、一個(gè)i/v轉(zhuǎn)換電路、一個(gè)電壓放大電路、一個(gè)探測電路、一個(gè)輸出

紅外探測器是一門新興技術(shù),其應(yīng)用包括溫度測量、匪警/火警、機(jī)器人/工業(yè)設(shè)備、熱彈性應(yīng)力分析、醫(yī)療診斷以及包括氣體分析在內(nèi)的化學(xué)分析.主要介紹紅外探測器發(fā)展的三大趨勢:熱成像、數(shù)據(jù)傳輸和激光測距.回顧這些技術(shù)可使人們了解目前的工藝水平及其發(fā)展趨勢.

optek技術(shù)公司研制出op570系列的硅npn光電晶體管紅外探測器。這種探測器被封裝在0.10×0.08in的表面安裝型管殼內(nèi),并配有高性能的紅外透鏡。作為

法國ulissas公司向市場投放了一系列像元間距為25μm的硅紅外探測器。ul02152型探測器是一個(gè)160×120元的列陣,其熱時(shí)間常數(shù)<ms,占空因數(shù)

美國專利us7485870(2009年2月3日授權(quán))本發(fā)明提供一種氣動(dòng)型紅外探測器,它包括一個(gè)敏感腔和一個(gè)參考腔,它是通過測量其敏感腔的氣動(dòng)膨脹來探測紅外輻射的。其原理是,敏感腔吸收紅外輻射能量后,其溫度上升,從而發(fā)生氣動(dòng)膨脹。參考腔通過機(jī)械方法與敏感腔相連,它是用來控制敏感腔的氣動(dòng)膨脹的。這種膨脹或者用電學(xué)方法探測,或者用光學(xué)方法探測。本專利說明書共33頁,其中有23張插圖。

采用n型摻雜的algaas/gaas和algaas/ingaa多量子阱材料,基于mocvd外延生長技術(shù),利用成熟的gaas集成電路加工工藝,設(shè)計(jì)并制作了不同結(jié)構(gòu)的中波-長波雙色量子阱紅外探測器(qwip)器件,器件采用正面入射二維光柵耦合,光柵周期設(shè)計(jì)為4μm,寬度2μm;對(duì)制作的500μm×500μm大面積雙色qwip單元器件暗電流、響應(yīng)光譜、探測率進(jìn)行了測試和分析。在-3v偏壓、77k溫度和300k背景溫度下長波(lwir)和中波(mwir)qwip的暗電流密度分別為0.6、0.02ma/cm2;-3v偏壓、80k溫度下mwir和lwirqwip的響應(yīng)光譜峰值波長分別為5.2、7.8μm;在2v偏壓、65k溫度下,lwir和mwirqwip的峰值探測率分別為1.4×1011、6×1010cm.hz1/2/w。

軍用紅外探測器需要使用工作在各種紅外波段的大規(guī)格、高均勻性多色焦平面陣列器件。滿足這些要求的一個(gè)候選者就是量子阱紅外(光電)探測器(quantumwellinfraredphotodetector,qwip)。作為新一代紅外探測器,qwip基于極薄半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的載流子束縛效應(yīng)。gaas/algaas/qwip的主要優(yōu)點(diǎn)包括標(biāo)準(zhǔn)的ⅲ-ⅴ族襯底材料和技術(shù)、良好的熱穩(wěn)定性、大面積、低研發(fā)成本以及抗輻射性。qwip的另一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是具有帶隙工程能力?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)量子阱寬度和勢壘組分設(shè)計(jì)出滿足特殊要求(例如多色焦平面列陣應(yīng)用)的器件結(jié)構(gòu)。介紹了對(duì)qwip探測物理機(jī)制的理解以及近年來多色qwip技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r。

回顧了近10年基于半導(dǎo)體中量子限制效應(yīng)紅外探測器的進(jìn)展.主要關(guān)注的是二維限制結(jié)構(gòu),即量子阱結(jié)構(gòu),形成的區(qū)別與傳統(tǒng)紅外光子探測的子帶躍遷機(jī)理.在紅外光電子領(lǐng)域作為新族的量子阱紅外探測器(quantumwellinfraredphoto-detector,qwip)與最典型的紅外探測器代表碲鎘汞紅外探測器進(jìn)行了各自特色的分析,包括基本工作機(jī)理和材料與器件的制備技術(shù)等方面.對(duì)于qwip發(fā)展的回顧提升了與碲鎘汞紅外探測器之間的互補(bǔ)關(guān)系.也給出了對(duì)于qwip在未來發(fā)展方面的基本趨勢.

紅外探測器安裝圖： 門磁安裝圖： 使用方法： ●首先把紅外探測器安裝在高約1.5~2.5米的地方，打開電源開關(guān)。安裝時(shí)， 應(yīng)調(diào)整探測器的傾斜角度，以使其探測距離最遠(yuǎn)。 ●按遙控器布防鍵，主機(jī)發(fā)出“嘀”聲，約延時(shí)20秒后探測器進(jìn)入布防狀態(tài)， 有人進(jìn)入監(jiān)控區(qū)，主機(jī)即刻報(bào)警（人體橫切探測器走動(dòng)時(shí)，靈敏度較高）。每 次觸發(fā)報(bào)警時(shí)間約為60秒，再次進(jìn)入監(jiān)控區(qū)，再次報(bào)警。 ●遇到緊急情況，按遙控器求救鍵，這時(shí)，探測器無論是處于布防或撤防狀態(tài)， 即刻緊急報(bào)警求救。 ●探測器處于報(bào)警狀態(tài)或緊急報(bào)警狀態(tài)時(shí)，按遙控器上的撤防鍵，則立即停止 報(bào)警，并且有人在監(jiān)控區(qū)活動(dòng)也不報(bào)警。 安裝指南： 1。探頭應(yīng)避免直對(duì)門窗口，以免誤報(bào)； 2。應(yīng)調(diào)整探測器的傾斜角度，以使其探測距離最遠(yuǎn)； 3。探頭的菲妮爾透鏡應(yīng)保持干凈，不能有遮擋物體； 4。探頭應(yīng)遠(yuǎn)離冷熱源，例如空調(diào)出風(fēng)口、暖氣、冷氣機(jī)等 5

0引言在法國,碲鎘汞的研究與發(fā)展已經(jīng)有25年多的歷史了,這項(xiàng)工作是該國sofradir工業(yè)集團(tuán)公司和cea-leti公共實(shí)驗(yàn)室之間通過大力協(xié)作進(jìn)行的。為了縮短該技術(shù)推向市場的時(shí)間,sofradir工業(yè)集團(tuán)公司和cea-leti在grenoble地區(qū)成立了一個(gè)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室(defir)。目前在該地區(qū)大約有600人在從事紅外探測器的研制工作。碲鎘汞紅外探測器技術(shù)獲得良好評(píng)價(jià)已經(jīng)

設(shè)計(jì)了帶有保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)的平面型24×1ingaas線列短波紅外探測器,利用n-i-n+型inp/in0.53ga0.47as/inp外延材料閉管擴(kuò)散制備了平面型探測器。lbic測試顯示光敏元沒有明顯擴(kuò)大,保護(hù)環(huán)起到了有效的隔離效果;i-v測試表明器件的優(yōu)值因子r0a約4.2×106.cm2,在-0.1v反向偏壓下的暗電流密度約22na/cm2,擬合得到的理想因子接近1,說明正向電流成分主要為擴(kuò)散電流;在室溫20℃,器件的響應(yīng)光譜在0.9～1.68μm波段范圍,其平均峰值電流響應(yīng)率為1.24a/w,平均峰值探測率為3.0×1012cm.hz1/2/w,量子效率接近95%,響應(yīng)的不均勻性為2.63%。

本發(fā)明提供一種被動(dòng)紅外探測器．該探測器由兩個(gè)傳感器和一個(gè)評(píng)價(jià)電路組成．第一個(gè)傳感器(1)用于產(chǎn)生代表熱源與探測器背景環(huán)境之間溫差的紅外信號(hào)；第二個(gè)傳感器(3)用于敏感探測器的環(huán)境溫度；評(píng)

紅外探測器廣泛應(yīng)用于多光譜成像系統(tǒng)中,文章提出并建立了一種紅外線陣時(shí)間延遲積分探測器的成像實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),闡述了成像系統(tǒng)的工作原理,對(duì)影響成像質(zhì)量的兩個(gè)主要因素電子穩(wěn)像與自動(dòng)對(duì)焦進(jìn)行了深入分析。利用高精度直流測速機(jī)確定了轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速與探測器的行轉(zhuǎn)移頻率,采用卡爾曼濾波算法濾除了測速機(jī)帶來的噪聲,提高了速度匹配精度。在分析比較紅外相機(jī)四種檢焦方法的基礎(chǔ)上采用視頻信號(hào)幅度法進(jìn)行檢調(diào)焦。在國家光學(xué)機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心實(shí)地搭建了成像實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),并分別對(duì)5.3,6.4和9.2mm寬度靶標(biāo)成像。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采集到的原始靶標(biāo)紋理清晰,照相分辨率達(dá)到了每毫米11.3對(duì)線,達(dá)到了實(shí)驗(yàn)預(yù)期目的。

紅外探測器分類及應(yīng)用 紅外探測器是能對(duì)外界紅外光輻射產(chǎn)生響應(yīng)的光電傳感器，是目前傳感器 領(lǐng)域發(fā)展的重點(diǎn)之一。利用它制成的探測器是軍事、氣象、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)學(xué) 等方面需要的設(shè)備，它涉及物理、材料等基礎(chǔ)科學(xué)和光學(xué)、機(jī)械、微電子和計(jì) 算機(jī)等多學(xué)科領(lǐng)域的綜合科學(xué)技術(shù)。 按照工作機(jī)理分類： 熱探測器和光子探測器的分類和特點(diǎn) ·光子探測器：光子探測器的工作機(jī)理是利用入射光輻射的光子流與探測器材料 中的電子互相作用，從而改變電子的能量狀態(tài)，引起各種電學(xué)現(xiàn)象，這種現(xiàn)象 稱為光子效應(yīng)。光子探測器有內(nèi)光電和外光電探測器兩種，后者又分為光電 導(dǎo)，光生伏特，光電發(fā)射型，光磁電型等四種。 ·熱探測器：紅外熱探測器的工作原理是利用輻射熱效應(yīng)。探測器件接收輻射能 量后引起溫度升高，再由接觸型測溫元件測量溫度改變量，從而輸出點(diǎn)型號(hào)。 熱探測器主要有四類：熱電堆，熱釋電型，和氣體型。 光子探測器和熱探測器的分類和

主動(dòng)/被動(dòng)紅外探測器 系統(tǒng)的基本組成紅外線報(bào)警器是利用紅外線的輻射和接收技校構(gòu)成的報(bào)警 裝置。根據(jù)工作原理，又可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種類型。 （1）主動(dòng)式紅外探測器 主動(dòng)式紅外探測器是由收、發(fā)裝置兩部分組成。發(fā)射裝置向裝在幾米甚至于 幾百米遠(yuǎn)的接收裝置輻射一束紅外線，當(dāng)被遮斷時(shí)，接收裝置即發(fā)出報(bào)警信號(hào)， 因此，它也是阻擋式報(bào)警器，或稱對(duì)射式探測器。通常，發(fā)射裝置由多諧振蕩器、 波形變換電路、紅外發(fā)光管及光學(xué)透鏡等組成。振蕩器產(chǎn)生脈沖信號(hào)，經(jīng)波形變 換及放大后控制紅外發(fā)光管產(chǎn)生紅外脈沖光線，通過聚焦透鏡將紅外光變?yōu)檩^細(xì) 的紅外光束，射向接收端。 接收裝置由光學(xué)透鏡、紅外光電管、放大整形電路、功率驅(qū)動(dòng)器及執(zhí)行機(jī)構(gòu) 等組成。光電管將接收到的紅外光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)整形放大后推動(dòng)執(zhí)行機(jī) 構(gòu)啟動(dòng)報(bào)警設(shè)備。主動(dòng)式紅外報(bào)警器有較遠(yuǎn)的傳輸距離，因紅外線屬于非可見光 源，入侵

紅外探測器是紅外成像技術(shù)的核心,直接影響著紅外成像系統(tǒng)的性能。在分析目標(biāo)成像尺寸的基礎(chǔ)上,詳細(xì)分析光學(xué)彌散、探測器噪聲、成像陣列盲元等的形成機(jī)理,并進(jìn)行建模和仿真,最后將這些模型依次疊加。采用此方法得到的仿真圖像充分考慮了探測器各種效應(yīng)的影響,提高了仿真圖像的真實(shí)性與逼真度,可為紅外成像系統(tǒng)的研制及目標(biāo)檢測識(shí)別算法提供測試場景與依據(jù)。

為了表征噪聲對(duì)量子點(diǎn)紅外探測器性能的影響,本文推導(dǎo)了噪聲的理論模型.該模型通過考慮納米尺度電子傳輸和微米尺度電子傳輸對(duì)激發(fā)能的共同影響,并結(jié)合噪聲增益,實(shí)現(xiàn)了對(duì)噪聲的估算.得到的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)相比,顯示了很好的一致性,從而驗(yàn)證了這個(gè)模型的正確性.

本文簡要介紹了多量子阱探測器、熱電探測器、混合型及單片型圖象傳感器等紅外探測器的研究近況,并對(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行評(píng)述。

日本hamamatsu光子學(xué)公司生產(chǎn)出各種各樣的高性能紅外探測器,它們的響應(yīng)光譜包括20μm以上的長波紅外,其截止頻率高達(dá)2ghz。

紅外探測器

針對(duì)量子阱紅外探測器(qwip)光敏元靈敏度低,參數(shù)測試條件苛刻的局限,在充分研究其工作原理的前提下,構(gòu)建了其工作環(huán)境,設(shè)計(jì)了多個(gè)參數(shù)的測試方案.在液氮制冷條件下測試了8～9mgaas/algaas量子阱紅外探測器的電阻溫度特性、電流溫度特性,利用電流前放和鎖相放大依次對(duì)qwip的輸出電流信號(hào)進(jìn)行選頻放大,測試其光電流,得到了qwip光敏元電阻與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系,驗(yàn)證了器件的負(fù)電阻溫度特性,進(jìn)而可以快速判斷探測器光敏元的有效性.測試采用labview8.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析及顯示.通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析,qwip的阻抗隨溫度的降低呈指數(shù)上升,暗電流隨著工作溫度的降低而減小,光電流隨著溫度的降低而增大,表明探測器的性能隨工作溫度的降低而逐步增強(qiáng).