应当说明，表中InGaAs/GaAlAs 是响应在0.9~1.7um的短波焦平
面阵列，此波段一般目标自发辐射较弱，但有成熟的激光光源，
主要用于主动探测，近年引起广泛关注。
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PtSi肖特基势垒型和AlGaAs/GaAs多量子阱 其分立器件，与已成熟的InSb、HgCdTe相比，性能明显不 足，基本不用作分立式器件使用，如PtSi的量子效率约为百分 之一，AlGaAs/GaAs的光谱响应带宽约为～1μm。但由于其 外延方法生长的材料，可以面积大、均匀性好、便于制作集成 器件，特别是便于与Si信号处理电路工艺兼容或互连耦合，用 于焦平面阵列工作时，元数多、积分时间长、可生产性好，其 性能潜力得到充分发挥，成为很有前景的焦平面阵列，可以说 是集成化的焦平面技术使它们充分发挥出潜在的性能优势。如 PtSi焦平面阵列，其光电转换和信号处理芯片可以制作在同一 Si 片 上 （ 单 片 集 成 ） ， 工 艺 兼 容 ， 目 前 已 达 512×512 、 1024×1024元阵列规模。
红外探测器技术发展
2020/11/30
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主要讨论的几个问题
1、红外探测器从分立型器件到焦平面阵 列
2、探测器“代”的划分问题 3、HgCdTe和 AlGaAs/GaAs的比较 4、超晶格结构材料 5、焦平面阵列关键技术 6、应该大力发展成像传感器
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1、引言
• 红外探测技术是信息获取的主要手段之一，红 外系统的核心是红外探测器；
图1 分立型器件信号输出与前放连接示意图
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红外焦平面阵列（IRFPA） 系指大规模M×N（元）面阵型或4N或6N （元）型探测器芯片与信号处理电路芯片集 成互连耦合后，共同封装在一个外壳中，在 焦平面上实现光电转换和信号处理，将各元 件的光电信号多路传输至一条或几条输出线， 以行转移或帧转移的视频信号的形式输出， 探测器结构大大简化，包括电源线、驱动电 路和信号输出等全部引出线大约只须 ４０条。其结构[1]如图2所示。
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In a.) 柱碰焊和环孔焦平面阵列 b) 焦平面阵列的探测器和处理电路
图2 焦平面信号输出示意图
与分立型器件相比，红外焦平面阵列的元数 可以提高几个数量级，扩展到材料和工艺技 术允许的规模。红外焦平面阵列从结构、制 造、检测到性能都发生了质的变化，是新一 代红外探测器。
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3、热探测器与非制冷焦平面阵列
• 热型探测器接收红外辐射后，引起灵敏 元温度变化而产生信号，对不同波长辐 射能量的响应是相同的，即对波长无选 择性，在室温工作；与光子型探测器相 比，其灵敏度低、响应时间偏长。通常 认为响应时间比较快的热电 （pyroelectric）探测器，其响应时间也 在毫秒量级，探测率为108量级,因此分立 式热型探测器无法用于扫描成像，非制 冷面阵红外焦平面阵列只能凝视成像使 用。
足一般工业需要和部分中低端军用需要。
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4、光子探测器及其焦平面阵列
红外光子探测器一般由半导体材料 制成， 针对应用最广的三个大气透 过窗口，发展了1~3μm的短波红 外 (SWIR) 、 3~5μm 的 中 波 红 外 (MWIR) 和 8~14μm 的 长 波 红 外 (LWIR)的探测器。光子探测器灵敏 度高，响应快，但大多在低温工作， 需要制冷。常用分立式光子探测器 如表1所示。
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第二代为扫描型和凝视型焦平面结 构，在美国出现LADA（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）型 阵列应用的基础上发展起来的焦平面阵 列，规模在103~106元，其代表产品有： 4×240元、4（６）×480元HgCdTe和 256×256元、320×240元InSb、HgCdTe 等。
• 单元、多元线列和小规模面阵器件技术已经成 熟， 已经由分立型器件发展为集成化的焦平面 阵列；
• 红外器件水平的提高和新一代器件的出现，就 会使红外整机性能大幅提升甚至更新换代，所 以有“一代器件、一代整机、一代装备”之说。
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2、从分立器件到焦平面阵列
分立型红外探测器，系指器件单独封装实现光 电转换功能，每个探测器元单独输出信号，再 与前放等信号处理电路相连，每个器件都形成 一个单独的信号通道，其结构如图1所示。
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5、三代红外探测器典型规模[2]
目前，红外探测器通常被分为 三代[1]。第一代以分立型为主，元 数 在 103 元 以 下 ， 有 线 列 和 小 面 阵 结构，其代表产品有：美国的60元、 120 元 、 180 元 光 导 HgCdTe 器 件 ； 法国5×11元光伏HgCdTe器件；英 国 4 条 （ 或 8 条 ） 扫 积 型 HgCdTe 器 件等
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热型探测器用于凝视成像
用可以和电视兼容的每秒25帧成像为例,每帧时间为 40ms,对于时间常数为毫秒级的热型探测器来说,凝视 成像要求的时间常数已不成问题。非制冷红外焦平面 阵列目前已达640×480元，应用最多的是160×120元、 320×240元器件。其功能材料主要有：测辐射热计型 的无定型硅（a-Si）、氧化钒(VOx)和热电型的锆钛 酸铅（PZT）、钛酸锶钡（BST）、旦酸钪铅（PST） 等。目前非制冷焦平面热像仪的NETD可达0.1℃,能满
表2 对应三个大气透过窗口的常用焦平面阵列
光谱响应范围 1~3μm
3～5μm
8～14μm
焦平面阵列 HgCdTe, InSb,HgCdTe, PtSi HgCdTe,AlGaAs/GaAs
InGaAs/GaAlAs
结构形式 4N,凝视; 4N,凝视; 凝视; 4N,凝视; 凝视
非制冷型
a-Si，VOx，PE, 凝视
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表1 对应三个大气透过窗口的常用分立式光子探测器
光谱响应范围 1~3μm
3～5μm
8～14μm
光导型探测器 PbS, PbSe,InSb, HgCdTe HgCdTe,Ge:Hg,Si:X
光伏型探测器 HgCdTe, InSb,HgCdTe
HgCdTe
InGaAs/GaAlAs
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