第六章红外热成像器件与技术
6.4 红外焦平面探测器
◆焦平面的概念与基本结构◆肖特基势垒探测器◆量子阱与量子点探测器◆
倒装互连技术
红外焦平面探测器
6.4 红外焦平面探测器
6.4.1 焦平面的基本概念与结构类型
焦平面的概念和结构类型
红外焦平面阵列探测器
由红外探测器和具有扫描功能的信号读出器组合而成的红外焦平面阵列，是凝视型红外热成像系统的核心。

红外焦平面阵列包括光敏元件和信号处理两个部分，可采用不同的光子
探测器、信号电荷读出器及多路传输。

具有里程碑意义的几项技术：
半导体精密光刻技术：使探测器技术由单元向多元线列探测器迅速发展，即后来称为第一代探测器。

Si集成电路技术：Si读出电路与光敏元大面阵耦合，诞生了所谓第二代的大规模红外焦平面列阵（IRFPA）探测器，更进一步有Z平面和灵巧型智能探测器等新品种。

先进的薄层材料生长技术：分子束外延（MBE）、金属有机化学气相淀积（MOCVD）和液相外延（LPE）等技术，可重复、精密控制生长大面积高度均匀材料，使制备大规模红外焦平面列阵成为可能，也是量子阱探测器出现的前提。

制冷技术：高性能探测器的低温要求，驱动微型制冷机的开发，制冷技术又促进了探测器的研制和应用。

红外焦平面阵列探测器
红外焦平面阵列探测器－单片式
❖CCD材料本身就对红外敏感，
故集探测、转移功能于一体；
❖红外探测器与CCD做在同一基
底上，基底通常为Si，而探测器
部分常用非本征材料，基本结
构为金属－绝缘物－半导体。

❖典型情况分：
本征窄带半导体IR-CCD
非本征半导体IR-CCD
肖特基势垒IR－CCD
红外焦平面阵列探测器－混合式
❖主要特点：把探测器和CCD移位寄存器
（或CMOS）分开，CCD（或CMOS）
仍用普通硅制成，工艺相对成熟，而对
几个重要的红外波段，都已经发展了性
能优良的本征红外探测器。

因此，将两
者耦合起来组成混合焦平面技术，能获
得高量子效率高性能的红外FPA。

红外焦平面阵列探测器－混合式❖前照结构：探测器在前面受到照
射，电信号就在这同一面上被抽
出。

－填充因子受到一定影响。

❖背照结构：要求镶嵌探测器有薄
的光敏层，在光敏层上吸收辐射
，产生的光生载流子从背面扩散
到前面，被P-N结检测到信号。

－填充因子高，目前FPA大多基
于这种结构。

红外焦平面阵列探测器－Z平面技术
❖根本特点：不同于单片式与混成式的二
维FPA方式，所谓Z平面：是一块立体
的FPA，这是将信号读出及处理功能的
芯片（包括低噪声前放、滤波器和多路
Z平面焦平面阵列原理示意图传输等）采用叠层的方式组装起来，形
成信号处理模块，再把模块与探测器和
输入／输出线等连接在一起。

❖该技术可用于光导型、光伏型等各种探
测器信号的读出／处理。