高性能红外探测器-碲镉汞探测器

德图仪器小编在这里为大家讲述高性能红外探测器-碲镉汞探测器。1959年，英国首先制成可变带隙固溶体合金，提供了红外探测器设计空前的自由度。碲镉汞有三大优势：
1）本征激发、高的吸收系数和高的量子效率(可超过80％)且有高的探测率；

2）其最吸引人的特性是改变Hg、Cd配比调节响应波段，可以工作在各个红外光谱区段并获得最佳性能。而且晶格参数几乎恒定不变，对制备复合禁带异质结结构新器件特别重要

3）同样的响应波段，工作温度较高，可工作的温度范围也较宽。

碲镉汞中，弱Hg－Te键(比Cd－Te键弱约30％)，可通过热处理或特定途径形成P或N型，并可完成转型。其电学性质如1载流子浓度低，2少数载流子寿命长，3电子空穴有效质量比大(～10.0），电子迁移率高，4介电常数小等有利于探测器性能。

第一代碲镉汞探测器主要是多元光导型，美国采用60、120和180元光导探测器作为热像仪通用组件，英国则以70年代中期开发的SPRITE为通用组件。SPRITE是一种三电极光导器件，利用半导体中非平衡载流子扫出效应，当光点扫描速度与载流子双极漂移速度匹配，使探测器在完成辐射探测的同时实现信号的时间延迟积分功能。8条SPRIET的性能可相当100元以上的多元探测器。结构、制备工艺和后续电子学大大简化。现有技术又克服了高光机扫描速度和空间分辨率受限制等两个缺陷。

1992年诞生了第一台国产化通用组件高性能热像仪，SPRITE探测器研制成功是关键。到90年代初，第一代碲镉汞光导探测器纷纷完成技术鉴定，性能达到世界先进水平。

兵器工业211所的SPRITE、32和60元探测器已实用化并投入批量生产，规模和市场不断扩大。国外在80年代就已大批量生产。由于电极、杜瓦瓶设计和制冷机方面的重重困难，第一代碲镉汞探测器元数一般无法超过200。大的碲镉汞光敏阵列和Si读出集成电路分别制备并最佳化，然后两者进行电学耦合和机械联结形成混合式焦平面阵列，就是第二代碲镉汞探测器。

目前国际上已研制出256×256甚至640×480规模的长波IRFPA。中波红外已有用于天文的1024×1024的规模，现阶段典型产品是法国的4N系列288×4扫描式FPA。国内仍处于研制开发阶段。晶体碲镉汞材料也有鲜明的弱势：

1）相图液线和固线分离大，分凝引起径向、纵向组分不均匀；
2）高Hg压使大直径晶体生长困难，晶格结构完整性差；
3）重复生产成品率低。薄膜材料的困难在于难以获得理想的CdZnTe衬底材料。

人们致力于研究替代衬底，如PACE(Producible Alternative to CdTe for Epitaxy )－ I ( HgCdTe / CdTe/ 宝石)，PACE－II(HgCdTe/C dTe/GaAs)和PACE－III(HgCdTe/CdTe/Si)。日本和法国还报道Ge衬底，目标是与MCT的晶格 匹配并有利于与Si读出线路的耦合。 优质碲镉汞材料制备困难、均匀性差、器件工艺特殊，成品率低，因而成本高一直是困扰碲镉汞IRFPA的主要障碍。人们始终没有放弃寻找材料的努力，但迄今还没有一种新材料能超过碲镉汞的基本优点。为满足军事应用更高的性能要求，碲镉汞FPA仍然是首选探测器。

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