作者： 时间：2021-12-15
红外探测器，作为辐射能的换能器，可以将红外线中的辐射能转换成可测量的形式。红外探测器，如集成在红外相机上可用于军事、科学、工业、医疗、安全和汽车领域的各种应用。由于红外辐射不依赖于可见光形式，因此通过检测物体发出的红外能量，可以实现在黑暗中或在模糊条件下进行观察，所检测到的能量被转换成图像，通过图像来显示对象之间的能量差异，从而可以看到原本模糊的场景。在红外光下，可以观察到在常规可见光下不明显的特征，如在完全黑暗中很容易看到人和动物，机器中接近故障的组件发光更亮，在烟雾或雾等不利条件下提高能见度。
图1 红外探测器
红外探测器类型按照工作机理分类可分热探测器和光子探测器，红外热探测器的工作原理是利用辐射热效应。探测器件接收辐射能量后引起温度升高，再由接触型测温元件测量温度改变量，从而输出点型号；而光子探测器的工作机理是利用入射光辐射的光子流与探测器材料中的电子互相作用，从而改变电子的能量状态，引起各种电学现象。红外探测器了有圆形、矩形、十字形和其他几何形状的单元探测器，可用于视网膜系统应用上，也可作为线性阵列和二维焦平面阵列。单元红外探测器通常是正面照明和导线连接的装置。红外探测器类型上的线性和二维阵列可以用各种器件和信号输出结构来制造。第一代线性阵列通常用作正面照明，检测器信号输出通过引线连接到阵列中的每个元件。第二代的线性和二维的一般通过透明基板进行背面照明。图说1明了几种替代的焦平面结构。
图2 探测器上不同的焦平面结构
图2中，(a)的检测器阵列，该阵列直接与一个称为读出器的前置放大器和/或开关阵列电性连接，通常叫做“direct hybrid”；而“indirect hybrid”(b)可与大型线性阵列一起使用，以将检测器与具有类似热膨胀系数的基板连接起来。单片探测器阵列(c)具有集成的探测器和读出功能，在单片配置中，信号处理电路不必与检测器/读出器位于同一基板上或与检测器处于相同温度；(d)所示的通过在正交方向上扩展结构，为读出芯片中的每个像素提供扩展的信号处理空间；(e)所示，“Loophole”方法依赖于将探测器材料粘合到硅读出器上后使其变薄。
不同探测器类型，许多红外探测器材料基于由III-V族元素（如铟、镓、砷、锑）或 II-VI 族元素汞、镉和碲化物制成的化合物半导体，或基于IV-VI族元素铅、硫和硒化物。它们可以结合成二元化合物，如GaAs、InSb、PbS和PbSe；或结合成三元化合物，如InGaAs（铟镓砷）或HgCdTe（碲镉汞）。而对于非冷却辐射热计温度敏感材料可以是V2O5、a-Si或poly-SiGe硅锗。微桥直接在电路上进行表面微加工，将热检测器元件与集成电路结合会引起检测器元件和IC的接口问题。因此，为了获得最佳性能，探测器需要与周围环境热隔离。这排除了将检测器直接沉积或安装在IC上，因为Si是一种良好的热导体。否则，探测器的热负荷会很大，以至于会对它们作为热探测器的性能产生不利影响。
图3 Xenics红外相机
Xenics红外相机，所开发的InGaAs探测器基于尖端的InGaAs半导体和SiGe硅锗热辐射测定仪技术，其可探测光谱范围为0.4 – 1.7 µm、0.9 – 1.7 µm、1.0 – 2.2 µm和1.0 – 2.5 µm。其中1.7 µm到2.2 µm和2.5 µm的波段扩展是通过改变InGaAs三元化合物中In的比例来实现的。将In引入GaAs会降低化合物的带隙，并能够检测更长波长的红外辐射。大多数红外材料都是晶格匹配制造的，这意味着：在具有与红外材料本身相同晶格常数的基板上。对于III-V族化合物，最常用的衬底是GaAs、InP、InAs、GaSb和InSb。截止波长为1.7 µm的InGaAs合金与InP晶格匹配。因此，它通常制造在InP衬底上。为了将其敏感性扩展到更长的波长，合金需要在晶格失配的基板上制造。这可以在InP衬底或标准GaAs衬底上完成。使用晶格匹配和失配技术，Xenics已经可以制造出的线性阵列的InGaAs探测器以及焦平面阵列(FPA)的探测器。
比利时Xenics，是红外传感器、核心和相机的设计者和制造商。Xenics 提供内部设计和制造 SWIR 图像传感器。Xenics红外相机包括线扫描和面扫描。Worldwide Xenics 是 SWIR 成像的市场领导者，它在高速和低噪声成像仪的组合中占据独特的地位。Xenics不仅专注于SWIR InGaAs探测器和相机的开发，而且还提供广泛的MWIR和LWIR成像器产品组合。
