非致冷IRFPA:它在最近几年有突破性进展。由于设备和系统的应用,该技术发展非常迅速,主要用于8 ~ 14μm长波红外检测仪器。如洛拉希德马丁公司,霍尼韦尔公司,雷声实验室,银帝通用电气系统,FLIR系统公司,三菱电力公司,还有加拿大、瑞典和其他国家的公司都在竞相发展这项技术。这项技术的竞争几乎存在在世界各地当中,其发展相当迅速。目前商业上使用阵列是320×240元,而且640×480阵元就要被研发出来了。
2 高性能
随着如MBE使用,MOCVD的生产过程如高精度控制,微加工技术和CMOS等大型、特大型综合复用。使其不仅能够实现如1024×1024,2048×2048阵元大的二维红外焦平面阵列,而且得到在焦平面阵列响应特性的一致性程度很高。这样就进一步提高阵列的性能,使得信号的处理更加高速。
短波红外焦平面阵,它已经实现了快速的商业化。美国新泽西传感有限公司和罗克韦尔国际科学中心联手研制出了PACE-1 1024×1024单元阵列和风Ⅱ- 2型2048×2048单元阵列。它有平均65.4%的量子效率,4.3%的光响应非均匀性。
中波红外焦平面阵列器件PtSi阵列,经过二十年的发展,性能大大提高,其噪声等效温度差(NETD)优于0.1℃。其中三菱512×512针元的ircsd已达到0.07 ~ 0.033k,801×512针眼的填充因子达到61%。温度是0.076℃,有0.17℃最小可分辨温差(Nyquist)。640×480阵元的NETD小于0.18k,最小可分辨温差<0.04 K(积分时间33毫秒),1040×1040阵元PtSi阵列的均匀性为±2%;圣巴巴拉研究中心产出的640×512阵元,其InSb阵列的NETD小于20mK,1024×1024阵元的量子效率为85%(0.9到5微米);罗克韦尔国际科学中心的pgm600-003,其 640×480阵元HgCdTe阵列NETD小于77K,其量子效率是68%,该科学中心的1024×1024和2048×2048阵元也有不错的表现。
长波(即8到14微米)的红外焦平面阵列,要数HgCdTe阵列的发展时间最长,但是其阵列尺寸小。目前的产品表现都很好,工作在77 ~ 88K,有70% ~ 75%的量子效率。NETD是13mk,双波段操作,数组的GaAlAs/GaAs量子效率有60%;量子阱红外焦平面阵列发展到今天也有640×480的阵元,其操作温度接近或达到77K,截止波长高达14 M 。如喷气工作实验室的GaAs/AlxGa1-xAs阵列,其大小是640×480,NEDT不均匀性为1.4%。现在世界上已经有了了8 ~ 9μm和14 ~ 15μm彩色摄像机,它和640×486元件阵列阵列工作温度仍然高达77K。这更让很多在系统功能的应用得以很好地实现。
非长波IRFP技术的进展,该技术一直是一个突破很好的方向,其产量已经很大,应用也很广。主要原料是钒,钛,硅,多晶硅,非晶硅以及几种铁电材料。其微型热敏电阻、热电薄膜热和电堆阵列类型,已进入320×240像素元阵列。其性能都是优于0.1K的。但是实际上0.005k 到0.01K ~的才是最佳性能(即10 MK ~ 5mk)。洛克爱德马丁公司已经开发了一个640×480阵元,这个阵元已经算是很大的了。萨比爱公司使用绝缘设计的氮化硅层阵列也有很好的效果。
3 高密度小像元尺寸
大型或特大型的高密度的集成,特别是一百万元以上集成焦平面阵列探测器的精度要求高的超大规模集成电路处理技术和在微观领域下的机械加工技术,其发展与超大规模集成电路有很大的关系。DRAM要求每个细胞只有一个晶体管,和红外焦平面阵列读出电路需要三个或更多的晶体管,其中必须有一个低噪声的模拟。目前的生产水平的DRAM设计规格的0.25μ米,生产前的设计规格是0.18μM。这种先进的加工条件下,焦平面阵列探测器多路复用器细胞的大小可以进一步减少,并具有更高的阵元数集成度。这是一个焦平面阵列技术的发展和微细加工技术的快速法阵趋势。由于目前的红外焦平面阵列的亚微米加工技术,像素尺寸大大减小,为实现红外焦平面集成小像素的开发进一步提高了难度。由于微细加工技术的发展,PtSi阵列有20×20μ平方米和17×17μ平方米的小的像素尺寸,如柯达kir-3900 1968×1968元件阵列和日本三菱1040×1040元HgCdTe阵列,阵列有18×18μ米。又如罗克韦尔哈瓦Ⅱ-科学中心2 2048×2048阵元为0.8μM的设计规格。洛拉希德马丁公司的红外摄像机尺寸为640×480。这使非制冷红外焦平面阵列的像素大小减少到28×28μ平方米。雷和喷气推进实验室的8 ~ 9微米和14 ~ 15微米带颜色的GaAlAs /工作GaAs量子阱阵列的像素尺寸达25微米。 超高集成度的IRFPA探测器研究现状和发展趋势(2):http://www.youerw.com/yanjiu/lunwen_72649.html